УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к устройствам, уменьшающим величину и (или) мощность отраженного сигнала от электромагнитной волны радиолокатора в широком диапазоне частот, и может быть использовано в качестве защитного приспособления для уменьшения радиолокационной заметности объектов различных типоразмеров и конфигурации в радиолокационном диапазоне «видимости» электромагнитных волн (ЭМВ).
Известно устройство, выполненное в виде подложки с нанесенным на ее поверхность антирадарным материалом, содержащим полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, изготовленный из смеси карбонильного железа, феррита и фуллерена в определенном соотношении компонентов (патент РФ №2300832, МПК H01Q 17/00, 2007). Недостатком данного устройства является использование в составе антирадарного покрытия магнитодиэлектрических материалов в качестве наполнителя. Это снижает радиолокационную заметность, но одновременно повышает заметность в инфракрасном спектре за счет повышения температуры при переходе электромагнитной энергии в тепловую, что характерно для данного вида материалов.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемой полезной модели является устройство, выполненное в виде подложки с нанесенным на ее поверхность радиопоглощающим материалом, включающим составленные в определенном соотношении масс.% полимерное связующее и порошковый наполнитель в виде 3-х компонентной смеси, частицы которой имеют сферическую форму (патент РФ №2470425 МПК H01Q 17/00, 2012). Недостатком данного устройства является использование карбидокремниевых и оксидных материалов с относительно не высокой температурой работы и радиопоглощением в узком диапазоне частот, что снижает радиолокационную заметность при высоких температурах.
В основу предлагаемого технического решения положена задача снижения вероятности обнаружения и/или классификации объектов при использовании стационарных и мобильных радиолокаторов, работающих в расширенном диапазоне частот от 2 ГГц до 40 ГГц.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в расширении диапазона радиопоглощаемых частот за счет снижении уровня и/или мощности отраженной электромагнитной волны от объекта в направлении облучающего радиолокатора по отношению к уровню и/или мощности лоцирующей электромагнитной волны радиолокатора при его размещении на любом расстоянии от защищаемого объекта и в условиях высоких температур.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для поглощения электромагнитного излучения, содержащем подложку с нанесенным на ее поверхность радиопоглощающим материалом, включающим составленные в определенном соотношении масс. %, полимерное связующее и порошковый наполнитель в виде трехкомпонентной смеси, частицы которой имеют сферическую форму, согласно полезной модели, толщина радиопоглощающего материала составляет 0,3-3,0 мм, в качестве компонентов смеси используют карбид циркония, оксид циркония и астрален, а диаметры частиц смеси:
- карбид циркония от 20 до 50 мкм.
- оксид циркония от 10 до 20 мкм.
- астрален от 80 до 150 нм.
Известно, что диэлектрическая проницаемость возрастает с повышением температуры. Более низкая величина коэффициента диэлектрической проницаемости компонентов смеси обеспечивает стабильность электрофизических параметров и позволяет расширить диапазон частот.
Применение в устройстве указанных компонентов заявленного гранулометрического состава с различными электрофизическими свойствами способствует снижению коэффициента отражения в результате многократной дифракции и поглощения энергии при каждом отражении, что является признаком антирадарного материала, имеющего многослойную структуру со ступенчатым изменением по толщине комплексной диэлектрической (или магнитной) проницаемости. Сочетание непроводящих (оксид циркония), полупроводниковых (карбид циркония) и электропроводных (астрален - фуллероидное соединение, представляющее собой многослойные полиэдральные структуры из атомов углерода и обладающее свойствами металлической проводимости) материалов приводит к возникновению в материале специфических атомно-молекулярных структур. Слабая связанность валентных электронов в структуре астралена, способность к рассеиванию энергии возбуждения, наличие возможности поляризации и возникновение значительного дипольного момента у фуллероидных наночастиц способствует образованию градиентных релеевских рассеивающих структур, что позволяет использовать астрален в градиентном радиопоглощающем материале. Известно, что частота колебаний частиц зависит от размера последних, то есть чем шире диапазон дисперсности частиц, тем шире спектр поглощаемых частот. Поэтому указанный гранулометрический диапазон состава обеспечивает спектр поглощаемых частот в заявленном диапазоне. При этом нанесение радиопоглощающего слоя толщиной менее 0,3 мм заметно сужает этот диапазон, а слой более 3,0 мм наносить нецелессобразно, так как происходит его отслаивание от поверхности подложки.
Полезная модель иллюстрируется графиком, на котором показана зависимость ослабления уровня и/или мощности отражаемой волны радиолокатора в диапазоне частот 2-40 ГГц при использовании многослойного радиопоглощающего материала с различной рецептурой и толщиной наносимого радиопоглощающего материала.
Полезная модель реализуется следующим образом. Непосредственно перед нанесением на подложку, путем механического смешивания компонентов изготавливается радиопоглощающий материал, который наносится на металлическую основу (подложку). При этом в зависимости от необходимого значения снижения уровня и/или мощности отражаемой электромагнитной волны составляют соответствующее соотношение компонентов покрытия. В качестве полимерного связующего могут быть использованы, например, синтетический клей «Элатон», латексы марок СКС-50ГПС (ГОСТ 14053-78), БС-50А (ГОСТ 15080-77), БСК-70 2 (ТУ 38.103541 - 88), DL-950.
Радиопоглощающий материал можно наносить также на гибкую электропроводящую основу (подложку). При этом получаются гибкие покрытия, которые можно использовать при создании чехлов с градиентными радиопоглощающими свойствами. В качестве гибкой электропроводящей основы можно использовать нетканые материалы (табл. 1).
Приведенные на графике характеристики получены для радиопоглощающего материала толщиной 1,0 и 1,5 мм при нанесении его на металлическую основу.
После измерений, проведенных на объекте, выявлено три локальных участка с различными уровнями и/или мощностями отражаемой электромагнитной волны. Первый - в виде уголкового отражателя на поверхности объекта, второй в виде кромки, образованной пересечением двух плоскостей, третий - в виде плоской пластины, расположенной по нормали к оси облучения.
Для ослабления отражения от первого участка потребовалось нанести на основание радиопоглощающий материал с рецептурой №1 толщиной 1,5 мм. Это привело к снижению отражения на 26 дБ. На второй участок нанесли радиопоглощающий материал с рецептурой №2 толщиной 1,5 мм, что привело к снижению отражения на 30 дБ. Для ослабления отражения от третьего участка на пластину был нанесен слой материала толщиной 1,0 мм с рецептурой №1, что привело к снижению отражения на 22 дБ.
Состав рецептур приведен в таблице 2.
Нанесенный на подложку радиопоглощающий материал работает следующим образом. Часть падающей на материал из пространства СВЧ-энергии электромагнитной волны в результате многократного отражения от материала с различной микро- и макроструктурой и с различной электрофизической природой поглощается путем преобразования в другие виды энергии (например, в тепловую). В процессе интерференции и дифракции происходит процесс переотражения от частиц наполнителя, равномерно распределенных в полимерной основе, которые являются элементарными точечными излучателями с широкими диаграммами направленности. При этом в верхних слоях создаются так называемые киральные проводящие структуры, кооперативно взаимодействующие с электромагнитным излучением (аналогом такой структуры может быть передающая сверхнаправленная антенна с большой радиационной направленностью).
Предлагаемое техническое решение может найти полезное применение в качестве защитного приспособления для уменьшения радиолокационной заметности объектов различного назначения, типоразмеров и конфигурации в радиолокационном диапазоне волн от 2 до 40 ГГц.