СОСТАВНОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам для экранирования различных объектов от электромагнитного излучения, более конкретно, к составным тонкослойным изделиям и материалам, включающим диэлектрические и металлические компоненты для нейтрализации вредного воздействия ЭМИ. Предложение может найти применение в системах защиты биологических объектов, оборудования и радиоэлектронных систем индивидуального и коллективного пользования.
Известно экранирующее устройство для нейтрализации электромагнитного излучения от мониторов компьютеров, содержащее фильтр в виде оптически прозрачной пластины, снабженной слоями материалов, поглощающих длинноволновые и коротковолновые компоненты ЭМИ и установленной между монитором и пользователем (см. пат. РФ № 2046564, МКИ Н 05 К 9\00, БИ № 29, 1995г.).
Недостатком таких устройств является сравнительно узкая область их использования, преимущественно, для защиты мониторов ПК. Кроме того, результаты испытаний подобных фильтров от различных производителей показывают значительный разброс эффективности защиты по частотному диапазону ЭМИ.
Наиболее близким техническим решением является слоистый поглотитель для нейтрализации электромагнитного излучения, содержащий диэлектрическую основу и электропроводные элементы (см. БИПМ № 22, ч.2, 2003г., заявка РФ № 2001129518 - прототип).
Недостатком известного средства для нейтрализации ЭМИ является сложность технологии изготовления поглощающих элементов, образующих электропроводящие дифракционные решетки, проницаемость которых возрастает по толщине изделия от наружного слоя к внутренним слоям.
Решаемой задачей является создание эффективного, функционально удобного и простого в технологическом отношении защитного средства в виде тонкослойного составного изделия для нейтрализации широкого спектра электромагнитных излучений при использовании в системах защиты биологических объектов, оборудования и радиоэлектронных систем индивидуального и коллективного пользования.
Указанная задача решается тем, что в составном изделии для нейтрализации электромагнитного излучения, содержащем диэлектрическую основу и электропроводные элементы, согласно полезной модели, диэлектрическая основа выполнена в виде эластичной полосы из однородного или композиционного материала, включающей, по крайней мере, один слой ткани и, по меньшей мере, один слой сплошного и\или дискретного электропроводного покрытия, причем отношение толщины диэлектрической основы к толщине слоя электропроводного покрытия находится в диапазоне 5-500.
Кроме того, компоненты эластичной полосы диэлектрической основы могут содержать, по крайней мере, один слой из органических и\или полимерных нетканых материалов.
Кроме того, слой ткани диэлектрической основы может быть выполнен из естественного и\или искусственного волокна.
Кроме того, электропроводное покрытие на компонентах диэлектрической основы и\или ткани может быть выполнено в виде, по крайней мере, одного слоя металла толщиной 0,5-100 мкм, выбранного из группы VШБ и дополнительно может включать, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы 1 Б, 11 Б, 1 VA или V 1 Б.
Кроме того, электропроводное покрытие на компонентах диэлектрической основы и\или ткани может быть выполнено на основе, преимущественно сульфидов, а также оксидов, карбидов или нитридов металла, выбранного из группы 1 Б, 11 Б, 1 VA, VШБ или модификаций графита.
Кроме того, электропроводное покрытие может быть выполнено в виде, по крайней мере, одного слоя аморфных магнитно-мягких, магнитно-жестких магнетиков или аморфных металлов.
Кроме того, электропроводное покрытие может быть выполнено в виде, по крайней мере, одного слоя мелкодисперсного порошка металла из указанных групп, диспергированного в клеевой, преимущественно эпоксидной, лаковой или иной основе с подобными адгезионными свойствами.
Кроме того, электропроводное покрытие может быть выполнено в виде чередующихся сплошных и\или дискретных слоев указанных металлов или соединений металлов, преимущественно в виде полос одной или различной ширины.
Кроме того, слой ткани диэлектрической основы может включать металлические нити из указанных металлов.
Такое выполнение составного изделия для нейтрализации электромагнитного излучения изделия с диэлектрической основой, содержащей эластичную полосу, включающую, по крайней мере, один слой ткани и, по меньшей мере, один слой электропроводного покрытия указанного состава и толщины позволяет решить поставленную задачу повышения эффективности экранирующих свойств предложенного изделия и упрощения технологии его изготовления, в частности, при создании экранирующих средств для защиты радиоэлектронных систем индивидуального и коллективного пользования от вредного действия ЭМИ.
Для некоторых видов радиоэлектронного оборудования, в частности ПК и радиотелефонов, добавление к их корпусным частям с внутренней или наружной стороны предложенного многослойного экранирующего изделия обеспечивает эффективную электромагнитную защиту оборудования от внешних излучателей или обслуживающего персонала от внутренних источников ЭМИ.
Отношение толщины диэлектрической основы к толщине слоя электропроводного покрытия нецелесообразно снижать менее 5, поскольку сравнительно сильно вырастают затраты на металлизацию слоев одним из известных способов, а превышение указанного отношения более 500 приводит для большинства видов электропроводных покрытий коэффициента экранирования ЭМИ.
Толщину любого слоя или ряда слоев проводящего металлического или полупроводникового покрытия на компонентах диэлектрической основы или ткани по тем же причинам имеет смысл поддерживать преимущественно в диапазоне 0,5-100 мкм, а диаметр волокон ткани или толщину слоев эластичной полосы, по технологическим соображениям, необходимо выбирать не менее 10 мкм и не более 300-500 мкм.
Выполнение электропроводного покрытия на компонентах диэлектрической основы или ткани в виде слоя металла, выбранного из группы VШБ и дополнительно включающего металл, выбранный из группы 1 Б, 11 Б, 1 VA или V 1 Б, а также в виде покрытия на основе, преимущественно сульфидов, а также оксидов, карбидов или нитридов металла, выбранного из группы 1 Б, 11 Б, 1 VA, VШБ или модификаций графита обеспечивает, согласно известным данным, эффективное до 40 дБ и выше экранирование ЭМИ в широком диапазоне частот излучений от единиц кГц до ГТц, а также значительное ослабление магнитных и электростатических полей (см., например, патенты США 2996710, 4439768, 5153524, 5345243, 4851609, 4710591, патенты РФ 2046564, 2055450, 2012004 и др.).
Выполнение электропроводного покрытия в виде слоя или слоев аморфных магнитно-мягких магнетиков на основе сплавов 3d -металл-неметалл, магнитно-жестких магнетиков на основе 3d и 4f металлов или аморфных металлов на основе переходных или благородных металлов или сплавов с аморфизирующим неметаллом, в свою очередь, позволяет добиться, при прочих равных условиях, резкого повышения экранирующих свойств предложенного изделия, в том числе, из-за увеличения потерь ЭМИ на перемагничивание указанных магнетиков и металлических стекол (см. ФЭ, Москва, «Советская энциклопедия», т. 1, 1988г., с. 67).
Выполнение электропроводного покрытия в виде слоя мелкодисперсного порошка металла из указанных групп, диспергированного в клеевой, лаковой или иной основе, в других условиях может кардинально упростить процесс изготовления составного изделия такого рода по сравнению с гальваническим, ионно-плазменным и другими методами нанесения покрытий.
Кроме того, выполнение электропроводного покрытия в виде чередующихся сплошных или дискретных слоев указанных металлов или соединений металлов, преимущественно в виде полос одной или различной ширины позволяет использовать для целей экранирования эффекты интерференции и дифракции волн различной длины в таких решетках, что может оказаться полезным, например, для СВЧ-диапазона радиоволн. Аналогичный эффект может быть достигнут и при использовании металлических нитей, пропущенных, например, через ткань по основе или утку.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 показано сечение составного изделия для нейтрализации электромагнитного излучения, диэлектрическая основа которого выполнена в виде двух эластичных полос, между которыми размещен слой металлизированной ткани. На фиг.2 дано сечение составного изделия, в котором эластичная диэлектрическая полоса снабжена с одной стороны слоем ткани, а с другой - полимерной пленкой, металлизированных каждая с одной стороны. На фиг.3 показано сечение составного изделия, диэлектрическая основа которого армирована металлизированной тканью и покрыта снаружи также слоем металлизированной ткани. На фиг.4 дано сечение составного изделия с диэлектрической основой, скрепленной с эластичной полосой, снабженной с обеих сторон металлизированными слоями ткани.
Составное изделие для нейтрализации электромагнитного излучения (фиг.1) содержит радиопрозрачную диэлектрическую основу из двух разнотолщинных слоев полиамидной пленки. С одной стороной первого слоя 1 контактирует эластичный тканевый слой 2, снабженный с обеих сторон электрически контактирующими или независимыми металлическими покрытиями 3,4. При этом слой 2 скреплен с более тонкой полосой 5 из указанного или иного диэлектрического материала для механической защиты металлизированной ткани 2.
В этом случае слой 1 имеет толщину 200-300 мкм, слой 5 имеет толщину 100-150 мкм, а слой 2 выполнен в виде структурированного слоя тканого материала на основе натурального шелка или искусственного полиамидного волокна диаметром 40-60 мкм. Проводящие покрытия 3, 4 на слое 2 тканого эластичного материала при этом выполнены на основе никеля с добавками хрома, меди и серебра с одной стороны толщиной 2-4 мкм, а с другой 4-6 мкм. При этом тканевая основа слоя 2 пропитана проводящими соединениями сульфидов металлов из группы 1Б или VШБ.
Предложенное составное изделие с указанными видами проводящих покрытий позволяет по известным литературным данным ослабить магнитную составляющую ЭМИ на частотах до 5 МГц на 3-32 дБ, а также обеспечить сравнительно эффективную электростатическую и магнитостатическую защиту оборудования и потребителей.
Указанное составное изделие изготавливают послойно, сначала эластичные полосы 1, 5 в рулонах, затем ткань, которую металлизируют одним из известных способов. Преимущество отдается гальваническому методу, как более технологичному и отработанному. После цикла нанесения металлического покрытия 3, 4 на рулонную ткань 2 и ее сушки осуществляют соединение слоев 1, 2, 5 в роторной машине при температуре и давлении, обеспечивающих их прочное соединение.
Составное изделие для нейтрализации электромагнитного излучения (фиг.2) содержит эластичную диэлектрическую полосу 1, снабженную с одной стороны слоем ткани 2, а с другой - полимерной пленкой 3, металлизированных каждая с одной стороны электропроводными слоями 4, 5.
Слой 1 выполнен из лавсановой пленки толщиной 100-140 мкм, слой металлизированной ткани 2 имеет суммарную толщину 60-80 мкм, а эластичная полоса 3 с покрытием - 20-30 мкм. В состав электропроводных покрытий 4, 5 могут входить металлы, также выбранные из группы VШБ, которые дополнительно могут включать, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы 1 Б, 11 Б, 1 VA или V 1 Б. При этом толщина электропроводных покрытий 4, 5 может находиться в пределах 1-20 мкм, что достаточно для применения, например, для экранирования корпусов ПК, радиоэлектронного оборудования индивидуального или коллективного пользования.
Такое составное изделие с указанными видами проводящих покрытий позволяет ослабить электромагнитное поле на частотах до 1 МГц на 80-90 дБ, а на частотах 30-50
МГц - до 30-40 дБ, а также обеспечить электростатическую и магнитостатическую защиту оборудования.
Как известно, использование в составном изделии по одному из указанных вариантов нескольких слоев с электропроводным покрытием с различным сопротивлением по току обеспечивает дополнительный суммарный защитный эффект, что может оказаться незаменимым, например, при создании средств индивидуальной защиты от электромагнитных полей.
Составное изделие для нейтрализации электромагнитного излучения (фиг.3) содержит диэлектрическую основу 1 из полиамида или лавсана, армированную металлизированной тканью 2 и покрытой снаружи также слоем металлизированной ткани 3. Соответственно электропроводные покрытия этих слоев обозначены поз. 4, 5, 6, 7.
Слой 1 имеет толщину 100-200 мкм, слои металлизированной ткани 2, 3 имеют суммарную толщину 40-80 мкм, а покрытия имеют толщину преимущественно в диапазоне 2-10 мкм. В состав электропроводных покрытий 4, 5, 6, 7 могут входить как металлы, указанные на фиг.1, 2, так и выбранные из состава аморфных магнитно-мягких магнетиков на основе сплавов 3d -металл-неметалл, магнитно-жестких магнетиков на основе 3d и 4f металлов или аморфных металлов на основе переходных или благородных металлов или сплавов с аморфизирующим неметаллом.
Такое выполнение составного изделия позволяет добиться повышения экранирующих свойств предложенного изделия из-за увеличения потерь ЭМИ на перемагничивание.
Такое составное изделие с указанными видами проводящих покрытий позволяет дополнительно ослабить действие электромагнитного поля на частотах порядка нескольких МГц, а также на частотах до 2 ГГц.
Составное изделие для нейтрализации электромагнитного излучения (фиг.4) имеет диэлектрическую основу 1 из полимерной пленки толщиной 150-250 мкм, скрепленную с более тонкой эластичной полосой 2 из лавсана, снабженной с обеих сторон металлизированными слоями ткани 3, 4, содержащими проводящее покрытие (поз.5, 6, 7, 8).
Составное изделие для нейтрализации электромагнитного излучения, выполненного по указанным вариантам выполнения функционирует следующим образом.
Каркас 1 изделия, представляющего собой, например, корпус ПК закрывают с внешней стороны защитным составным изделием, выполненным согласно фиг.1, 2, 3, 4, которое содержит металлизированные эластичные полимерные или тканевые слои 1, 2, 3 с металлическими покрытиями (поз.4, 5, 6, 7, 8), которые скреплены между собой одним из известных способов.
Электромагнитное излучение от активных в радиодиапазоне компонентов ПК или другого радиооборудования, в том числе, от мобильного телефона, работающего в режиме ожидания или в режиме активной фазы работы, направленное на составное изделие, претерпевает частичное отражение, поглощение или преломление.
Частичное поглощение энергии радиоволн в проводящих покрытиях составного изделия происходит за счет многократного изменения пути волн на элементах металлизированной ткани, за счет перемагничивания магаетиков, джоулевых потерь. Вследствие этого защитные свойства составного изделия, например, в режиме экранирования потребителя от ЭМИ обеспечивают для него или защищаемого оборудования практическую и сравнительно эффективную защиту.
Один или несколько сплошных или дискретных слоев указанной толщины металла или сплава, в том числе, на основе указанных групп металлов или их соединений, в том числе, никеля, кобальта или хрома с добавками позволяет с учетом остальных факторов предложения создать эффективный экран для ЭМИ.
Выполнение эластичного слоя в виде тканого материала на основе естественного или искусственного волокна или в виде полимерной пленки с соответствующим проводящим покрытием в значительной степени упрощает технологию создания защитных изделий такого рода с помощью широко известных и апробированных способов.
В отдельных случаях для дополнительного увеличения функциональных характеристик и расширения области применения каркас изделия может быть выполнен из материала и армирован волокнами или гранулами из материала иного состава, например, иметь дополнительные элементы, в частности, волокна или гранулы из магнитоактивного материала. В свою очередь, определенное расположение в зоне полевого контакта позволяет также добиться важных результатов по коррекции состояния человека путем его защиты от ЭМИ и позволяет повысить функциональные свойства устройства.
Известно также, что физическое воздействие на потребителя мобильных телефонов, частично защищенных от электромагнитного излучения с использованием предложенного составного изделия, оказывает меньшее влияние на сосудистую, сердечную и другие функции человека, поэтому предложенное составное изделие может служить средством для нормализации состояния человека путем экранирования их от воздействия ЭМИ.