МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
MULTIFUNCTIONAL ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER

Предлагаемое авторами изобретение относится к областям антенной техники, комплексной защиты от электромагнитных полей и может быть применено для создания поглотителей электромагнитных волн (ПЭВ), используемых при оснащении безэховых камер (БЭК) и экранированных помещений (ЭП).
ПЭВ представляют собой структуры, устройства, конструкции из заданных материалов (как правило, радиопоглощающих), имеющих определенную последовательность изменений диэлектрических и магнитных свойств, благодаря которым обеспечивается эффективное поглощение электромагнитной энергии в требуемом диапазоне частот при незначительном отражении.
При создании многофункциональных БЭК используются широкодиапазонные ПЭВ, как правило, шиповидной конструкции, с электрическими потерями, которые хорошо согласовываются со свободным пространством и имеют высокие радиотехнические характеристики. Известны ПЭВ, выполненные с использованием пенополиуретана с углеродным наполнителем (Мицмахер М.Ю., Торгованов В.А. «Безэховые камеры СВЧ», М.; Радио и связь, 1982 г.). Несмотря на малые весовые характеристики и малый коэффициент отражения они имеют серьезные недостатки, которые устранятся благодаря использованию корпусных конструкций ПЭВ.
Так, например, в известном патенте СССР №1755720 от 30.03.1989 г. приведен вариант изготовления пирамидального ПЭВ, корпус которого и внутренний заполнитель выполнены из трудногорючего пеноасбеста, наполненного углеродным волокном. Однако низкие прочностные характеристики и канцерогенные свойства материала, из которого выполнен ПЭВ, являются серьезными недостатками данного технического решения.
При разработках комплексной защиты технических средств и человека от воздействия электромагнитных полей используются экранированные помещения, внутренние поверхности которых, в последнее время, облицовывают различными радиопоглощающими материалами или поглотителями электромагнитных волн. Это делается с целью общего снижения напряженности электромагнитного поля внутри объекта, исключения возникновения стоячих волн и резонансных явлений на частотах, соизмеримых с линейными размерами внутреннего объема помещения. Так, например, в патенте РФ на полезную модель №82371 от 13.08.2008 г. приведен строительный материал, выполненный из двух составляющих: основания, которое изготавливается на основе тканой металлической сетки, и экранирующего слоя с применением магнезиально-шунгитовой штукатурной смеси «АЛЬФАПОЛ». Этот материал весьма эффективен для создания защитных поверхностей и имеет коэффициент экранирования более 60 дБ в широком диапазоне частот. Однако он обладает недостатком, присущим всем высокопроводящим материалам - большой коэффициент отражения электромагнитного поля, имеющий величину более 25%, которое поглощается в замкнутых помещениях, в основном, находящимся в нем персоналом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению (прототипом) является поглотитель электромагнитных волн для безэховых камер и экранированных помещений, содержащий шиповидный полый трудногорючий корпус из микрогофракартона, во внутренней полости которого находится радиопоглощающий заполнитель, представляющий собой объемные, плоские фигуры, полоски или ленты, изготовляемые из трудногорючих листовых токопроводящих материалов на основе бумаги или ткани с электрическим сопротивлением от 100 до 1000 Ом/ (патент РФ №2340054 от 17.10.2007 г.). К недостатку данного поглотителя следует отнести большую высоту (толщину) изделия, которая для получения малого коэффициента отражения должна быть соизмерима с длиной падающей электромагнитной волны, что при полной облицовке рабочих поверхностей экранированного помещения значительно сокращают его полезную площадь.
Поставленная задача состояла в разработке многофункционального ПЭВ, который при сохранении малого коэффициента отражения в СВЧ диапазоне малых весовых, высоких прочностных и пожаробезопасных характеристик мог бы быть использован как для оборудования широкодиапазонных безэховых камер, так и в качестве облицовочного радиопоглощающего материала для экранированных помещений.
Технический результат от использования изобретения заключается в расширении сферы применения, повышении технологичности и удобства эксплуатации заявляемого поглотителя электромагнитных волн.
Технический результат достигается тем, что в известном поглотителе электромагнитных волн для безэховых камер и экранированных помещений, содержащем шиповидный полый трудногорючий корпус из микрогофракартона, во внутренней полости которого находится радиопоглощающий заполнитель, согласно изобретению полый корпус имеет форму прямоугольной призмы, при этом соотношение сторон, образующих прямой угол и толщины призмы, составляет величины 6(±1):3(±0,5):1.
Приведенный заявителем поиск по патентным и научно-техническим источникам и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном решении, следовательно, предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна». Дополнительный же поиск, проведенный заявителем, не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.
На Фиг.1 изображен общий вид технического решения заявляемого ПЭВ, где 1 - полый корпус с радиопоглощающим заполнителем; 2 - узел крепления ПЭВ к поверхности БЭК; 3 - узел крепления ПЭВ к поверхностям ЭП.
На Фиг.2 приведены варианты а) и b) облицовки заявляемым ПЭВ поверхностей БЭК.
На Фиг.3 приведены варианты с) и d) облицовки заявляемым ПЭВ поверхностей ЭП.
Корпус заявляемого поглотителя изготавливается из микрогофракартона, благодаря которому достигается механическая прочность изделия. Для придания свойств материалам, классифицируемым как трудногорючие, вырубленные заготовки первоначально обрабатывают раствором огнезащитного состава, высушивают, а затем формируют в корпус поглотителя и склеивают его в специальной технологической оснастке.
Радиопоглощающий заполнитель, располагающийся внутри корпуса ПЭВ, может быть различным по технологическому изготовлению, например, из листового бумажного или тканевого токопроводящего материала, выполненного с использованием сажеграфитонаполненных композиций с электрическим сопротивлением от 100 до 1000 Ом/ или на основе сферических гранул вспененного полистирола или пеностекла диаметром от 1,0 до 10,0 мм, покрытых токопроводящей пленкой с таким же электрическим сопротивлением.
Указанный диапазон сопротивления является оптимальным для материала заполнителя, поскольку при указанных величинах взаимозависимые коэффициенты отражения и поглощения электромагнитной волны имеют наиболее рациональные значения.
3
После вибрационной засыпки заполнителя во внутренний объем корпуса ПЭВ с плотностью не более 60 кг/м, последний герметично заклеивают, а затем на внешней поверхности поглотителя монтируют узлы крепления, необходимые для облицовки поверхностей БЭК или ЭП. Узлы крепления могут быть выполнены в виде металлических «усов», благодаря которым поглотитель нанизывается по направляющим, закрепленным на поверхности помещения, либо в виде текстильных застежек, ответная часть которых приклеивается к любым поверхностям в заданном месте. В экранированных помещениях облицовка радиопоглощающим материалом возможна также с использованием клеевых водостойких составов.
Многофункциональность заявляемого технического решения состоит в том, что он может использоваться как в безэховых камерах, предназначенных для имитации свободного пространства, так и в качестве облицовочного материала в экранированных помещениях, где требуется максимальное поглощение излучаемых полей. При этом, в зависимости от заданных объемов полезной площади и необходимых радиотехнических характеристик БЭК и ЭП, заявляемый ПЭВ может иметь различные варианты облицовки рабочих поверхностей, показанных на Фиг.2 и Фиг.3.
В качестве примера заявляемого технического решения для клиновидного ПЭВ толщиной 50 мм с линейными размерами катетов 150 мм и 300 мм и массой 0,8 кг в таблице приведены величины толщин и радиотехнические характеристики различных вариантов использования поглотителя, а также для сравнения характеристики прототипа.
Таблица
Вариант использования
Толщина,мм
Коэффициент отражения по мощности, %
Коэффициент поглощения на просвет, дБ
Частота, ГГц
Частота, ГГц
0,6
1,0
2,0
5,0
10,0
0,6
1,0
2,0
5,0
10,0
Для БЭК Вариант а) Вариант b)
300
2,0
0,4
0,1
0,02
0,01
-
-
-
-
-
150
6,0
1,0
0,3
0,2
0,1
-
-
-
-
-
Для ЭП Вариант с) Вариант d)
50 150
-
13,5
10,5
8,0
6,3
9,5
13,8
17,5
21,0
27,0
-
12,0
9,8
8,0
6,3
28,5
41,4
52,5
63,0
81,0
Прототип
300
1,0
0,3
0,04
0,02
0,01
-
-
-
-
-
Как видно из таблицы, заявляемый ПЭВ имеет при одном варианте использования весьма малые значения коэффициента отражения, которые соизмеримы с прототипом. При другом варианте использования, в качестве облицовочного материала, обладает значительными поглощающими свойствами, что затруднительно получить для шиповидного прототипа. Здесь необходимо заметить, что при наличии экрана в экранированном помещении приведенные величины коэффициента поглощения удваиваются, так как электромагнитная волна, отражаясь от экрана, поглощается материалом с тем же коэффициентом поглощения.
Различные варианты заявляемого поглотителя позволяют получить на их основе помещения различного назначения. Так, например, при использовании ПЭВ (Вариант а) возможно создание БЭК, в которых проводятся измерения основных параметров антенн, характеристик рассеяния радиолокационных целей, юстировка пеленгационных систем и др. В безэховых камерах, оборудованных ПЭВ (Вариант b), можно проводить испытания радиотехнических комплексов, измерительной радиоаппаратуры, элементов связи и создавать помещения для проведения радиотехнического контроля серийной продукции на производстве.
Для экранированных помещений применение заявляемого ПЭВ (Вариант с) крайне необходимо с целью обеспечения благоприятной экологической обстановки и биологической защиты обслуживающего персонала от повышенного уровня несанкционированных электромагнитных излучений внутри объекта различной аппаратурой и электрооборудованием.
При решении проблем по электромагнитной безопасности помещений, не имеющих экранированных поверхностей и объемов в части защиты коммерческой информации, применение заявляемого ПЭВ (Вариант d) весьма актуально и целесообразно, так как при такой облицовке имеется большая вероятность полного исключения каналов утечки.
Заявляемое техническое решение является пожаробезопасным, экологически чистым ПЭВ, который в процессе эксплуатации не выделяет вредных или токсичных веществ, имеет упрощенную технологию изготовления и несложные технологические операции при облицовке поверхностей БЭК или ЭП, которые сводятся в навешивании или приклеивании клиновидных элементов или же в выкладывании облицовочной стенки из сложенных попарно поглощающих клиньев подобно кирпичной кладке.
Технико-экономическое преимущества заявляемого ПЭВ состоят в том, что на его основе при одной номенклатуре и низкой стоимости изделия, используя только различные варианты облицовок помещений, возможно нахождение оптимальных и низкозатратных решений многих проблем, стоящих на пути разработчиков весьма дорогостоящих сооружений, таких как безэховые камеры и экранированные помещения.