Розглянуто радіопоглинаючі матеріали для створення широкосмугових поглиначів електромагнітних хвиль. Проаналізовано переваги та недоліки різноманітних типів поглиначів з діелектричними і магнітними втратами. Окреслено перспективні напрямки створення ефективних широкосмугових радиопоглощающих матеріалів

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Латипова А. Ф., Калінін Ю. Е.


THE ANALYSIS OF PERSPECTIVE RADIO-ABSORBING MATERIALS

The radio-absorbing materials to create a broadband absorbers of electromagnetic waves are considered. The advantages and disadvantages of various types of absorbers with dielectric and magnetic losses are analyzed. Perspective directions of broadband radar absorbing materials are planned


Область наук:

  • нанотехнології

  • Рік видавництва: 2012


    Журнал: Вісник Воронезького державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз перспективних радиопоглощающих матеріалів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз перспективних радиопоглощающих матеріалів»

    ?УДК 621.396.67

    АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВНИХ радіопоглинаючі матеріалами А.Ф. Латипова, Ю.Є. Калінін

    Розглянуто радіопоглощаюшіе матеріали для створення широкосмугових поглиначів електромагнітних хвиль. Проаналізовано переваги та недоліки різноманітних типів поглиначів з діелектричними і магнітними втратами. Окреслено перспективні напрямки створення ефективних широкосмугових радиопоглощающих матеріалів

    Ключові слова: радиопоглощающую матеріал, діелектрична проникність, магнітна проникність

    Розвиток і збільшення потужності пристроїв СВЧ-радіоелектроніки призводять до того, що виникає при їх роботі електромагнітне випромінювання на частотах вищих типів гармонік створює значні перешкоди радіоелектронної апаратури, і супутникового зв'язку.

    Вплив електромагнітного випромінювання (ЕМВ) різної природи на технічні та біологічні об'єкти є істотним чинником, що впливає на їх функціонування.

    Тому розробка нових

    високоефективних широкосмугових

    радиопоглощающих матеріалів стає вельми актуальною для вирішення проблеми зменшення перешкод і електромагнітної сумісності пристроїв.

    За кордоном інтенсивно ведуться роботи зі створення військової техніки з

    протирадіолокацій покриттями, зокрема, в США за програмою «Стелс». Істотне зниження взаємних перешкод в передавальних і прийомних трактах пристроїв, що працюють в діапазоні 8 ... 36 ГГц, можливо за рахунок застосування радиопоглощающих магнітних матеріалів нового покоління, що забезпечують розширення функціональних і

    тактико-технічних можливостей електронних засобів спецтехніки.

    При розробці поглиначів

    електромагнітних хвиль використовуються різні матеріали, що володіють здатністю поглинати електромагнітні випромінювання в певному діапазоні частот. Здатність середовища поглинати електромагнітне випромінювання визначається її електричними і магнітними властивостями, до яких відносяться питома електропровідність, діелектрична і магнітна проникності. Ці характеристики використовуються при описі процесу поширення електромагнітної хвилі і в загальному випадку є нелінійними, тензорними, комплексними величинами.

    Латипова Аліна Фідарісовна - ВГТУ, аспірант, тел.

    8 (905) 657-08-51

    Калінін Юрій Єгорович - ВГТУ, д-р фіз.-мат. наук, професор, тел. (473) 246-66-47

    Поглинання електромагнітної енергії відбувається за рахунок діелектричних, магнітних втрат і втрат на провідність, які намагаються максимізувати для досягнення максимуму ефективності екранування. У той же час, при падінні електромагнітних хвиль на матеріал, має місце відображення від кордону розділу середовищ. Чим більше невідповідність хвильових опорів середовищ, тим більше величина коефіцієнта відбиття.

    При створенні широкосмугових (ШП) поглинаючих покриттів ключовим завданням є узгодження поглинає структури з навколишнім простором, при якому інтегральний ефект відображення мінімальний.

    Існує кілька способів зменшення відображення монохроматичних електромагнітних хвиль від провідних (відображають) поверхонь.

    Найбільш простим способом зменшення відображення є резонансний тип радиопоглощающих матеріалів (РКК), заснований на принципі екрану Солсбері. Шар (тонка плівка) поглинає (проводить) матеріалу розташований на відстані Х / 4 перед проводить поверхнею. Падаюча енергія високочастотного випромінювання відбивається від зовнішньої і внутрішньої поверхонь РПМ з утворенням інтерференційної картини нейтралізації вихідної хвилі. В результаті відбувається придушення падаючого випромінювання. Інший конструкцією поглинача

    електромагнітних хвиль (ПЕВ) є поглинач, що складається з шару РПМ, перед яким розташовується узгоджувальний четвертьволновий шар з непоглощающіх матеріалу. Такий поглинач ефективно працює тільки на фіксованій частоті і при нормальному падінні хвилі на провідну поверхню, тому застосування цього способу на практиці малоефективно.

    Ще один спосіб зменшення відображення заснований на тому, що хвильовий опір непровідного матеріалу визначається виразом 2 = (ц / е) 1/2. Вибираючи необхідне відношення магнітної і діелектричної проникності ц / е можна зробити 2, рівним опору вільного простору. якщо

    гістерезисна петлі ц і е однакові, так що для будь-якої пари напруженостей полів Е і Н відношення ц / е одне й те саме, то шар цього поглинаючого матеріалу буде представляти собою для падаючої хвилі порожній простір (для випадку нормального падіння).

    За принципом дії ПЕВ підрозділяються

    [1]:

    -інтерференційні, що використовують принцип взаємного гасіння електромагнітних хвиль шляхом накладення в протифазі падаючої і відбитої хвилі;

    -розсіюють, в яких зменшення відбитої енергії в одному напрямку зобов'язана її розсіюванню в інших напрямках під різними кутами;

    -поглинають, що використовують - перетворення електромагнітної хвилі в інші види енергії, як правило, в теплову, за рахунок діелектричних (е ") і магнітних (ц") втрат матеріалу;

    - комбіновані, що поєднують різні принципи дії в одному поглиначі.

    При розробці однослойного

    широкосмугового ПЕВ поглинає типу зазвичай використовуються магнітодіелектрики, для яких за рахунок підбору близьких значень е 'і ц' вдається забезпечити невелике розходження між характеристичними опорами ПЕВ і вільного простору, а за рахунок великих втрат - ефективне поглинання. Крім того, в літературі розглянуті неоднорідні

    поглинають ПЕВ, у яких з-1 і ц 'плавно (градієнтні матеріали) або східчасто

    (Багатошарові структури) змінюються від значень, близьких до 1 на зовнішній поверхні, до значень, які забезпечують необхідний рівень поглинання електромагнітної хвилі. Це поступова зміна може бути досягнуто або зміною властивостей матеріалу, або зміною його геометричної форми, що реалізується в пінних пірамідах з вуглецевим наповненням. Такі поглиначі можуть володіти великою широкополосностью при малій величині коефіцієнта відбиття і невеликій товщині ПЕВ, проте є найбільш складними з точки зору практичного втілення. Перевагою градієнтних матеріалів у порівнянні з

    багатошаровими є відсутність відображення на кордонах між шарами.

    У ПЕВ интерференционного типу ослаблення вторинного поля досягається за рахунок взаємної компенсації хвиль, відбитих від зовнішньої поверхні матеріалу і захищається металевої поверхні.

    Для розробки діелектричних ПЕВ з широким робочим діапазоном частот перспективні одношарові матеріали зі спеціальними

    частотними залежностями комплексної

    діелектричної проникності, а також багатошарові і градієнтні матеріали.

    РПМ на основі діелектриків, наприклад, пластики з вуглецевим наповненням, мають порівняно невелику щільність, проте товщина покриття повинна бути значною. Для зменшення потужності падаючої хвилі на 20 і 30дБ товщину покриття можна обчислити за формулами: D20 дБ = 0,279 # е; DзW = 1,65 / Fе, де f - частота, е відносна діелектрична постійна.

    Очевидно, що зі збільшенням довжини хвилі, особливо при переході в дециметровий і метровий діапазон, необхідна товщина покриття стає досить великою (О = 300 мм для f =

    1 ГГц).

    Переваги і недоліки використання матеріалів типу феритів і інших

    магнітодіелектриків відзначаються в роботах [2, 3]. Як тонкошарових ПЕВ ферити з високою магнітною проникністю мають переваги: ​​мала товщина шару, незначне зміщення верхньої межі частот при великій товщині шару. Їх недолік - обмеження теоретично можливого робочого діапазону при низьких

    частотах. Перевага феритів з низькою

    магнітною проникністю - нижня межа частоти визначається тільки положенням частоти гіромагнітного резонансу, недолік -Необхідність великої товщини шару і сильний зсув верхньої межі частот.

    Набули широкого поширення барієві гексагональних ферити. поглинання ЕМІ

    гексаферріти відбувається, в основному, також за

    рахунок природного феромагнітного резонансу (ЕФМР), при цьому частоту ЕФМР можна змінювати шляхом легування феритів різними елементами - А1 і ін., які призводять до зміни внутрішніх магнітних полів

    матеріалів.

    Велика увага фахівців залучають розробки ПЕВ і РПМ на основі композитних матеріалів, зокрема з феррітрезінових сумішей з включеними в них короткими

    металевими волокнами. Введення в матеріал волокон в кількості від 1 до 3% по масі суміші дозволяє змінювати діелектричну

    проникність в широких межах. Розглянуто композитні матеріали на основі феритових суспензій. Як штучних наповнювачів часто використовують металеві провідники різної форми. Матеріали, що містять проводять включення складної форми: розімкнуті і замкнуті проводять кільця, омега-частинки, одинарні і бі-спіралі, діелектричні включення різної форми з великою діелектричною проникністю мають унікальні характеристики в СВЧ діапазоні, які неможливо досягти в композитах, побудованих на основі порошків металів . Можливо прояв сильної дисперсії і отримання великих значень діелектричної проникності та ін. В разі ниткоподібних металевих включень композитний матеріал набуває додатково ефективну

    магнітну поляризованість, резонансно залежить від частоти електромагнітного поля. У разі малих діелектричних включень з великою діелектричною проникністю

    (Діелектричні резонатори різної форми) в них порушуються власні електромагнітні коливання на магнітних модах. Фактично характерні розміри включень суттєво менше довжини хвилі падаючого ЕМІ.

    Широке поширення отримали радіопоглинаючі матеріали і структури на основі резистивних ниток, розташованих в діелектричній матриці [4]. Резистивна нитка являє собою багатокомпонентне волокно, в обсязі якого сформований електропровідний композит. Проводять наповнювачем є сажа з частинками розміром близько 300-600 Аа. Ці частинки містять кристалітів графіту. Оболонка нитки володіє хорошими показниками міцності, вологостійкість і температурними

    характеристиками.

    Мал. 1. Частина поперечного зрізу електропровідного склонитки

    Оцінка поглинаючих властивостей нитки проводилася на основі дослідження

    комплексної проникності матеріалу нитки в діапазоні довжин хвиль 0,25-15 см. Отримані

    залежності дійсної та уявної частин комплексної діелектричної проникності

    резистивной нитки від довжини хвилі, від шарів ефективних середовищ. Показано, що збільшення об'ємного змісту ниток в шарі призводить до збільшення дійсної і уявної частин його діелектричної проникності.

    В роботі [5] показано, що структурна середа з елементами у вигляді кільцевих провідників має діамагнітниє властивості і великі магнітні втрати в широкому діапазоні частот. Використання в якості наповнювача металевих спіралей призводить до додаткової зв'язку між електричним і магнітним полями. Наявність такого зв'язку може сприяти зниженню рівня відображення електромагнітних хвиль. Перевагою кіральних середовищ є можливість збільшення ефективної магнітної проникності без застосування важких магнітних матеріалів. Завдання аналізу для таких матеріалів полягає в тому, що при заданому співвідношенні компонентів сумішей в композиційному матеріалі визначаються складові комплексних діелектричної та магнітної проникності з урахуванням додатково введених електропровідних і магнітосодержащіх елементів.

    Широке застосування знаходять

    композиційні РПМ, матриця яких складається з високомолекулярних полімерних сполук, а наповнювачем є частинки ферро- або феррімагнітних матеріалів. Такі матеріали ефективно працюють в якості ПЕВ, розташованих на металевих поверхнях. В роботі [6] запропоновано в якості наповнювачів композиційних РПМ для СВЧ діапазону використовувати порошки карбонільного заліза ^ еС). Дослідження спектрів комплексних магнітної (^ = ІГ - 1 ^ 1) І діелектричної (Б =? - 1Е) проницаемостей композитів з різними коефіцієнтами наповнення на частотах до 18 ГГц показало, що дані матеріали мають помітними магнітними і діелектричними втратами і перспективні для застосування в якості ПЕВ СВЧ діапазону. Показано також, що меншими коефіцієнтами відображення і більшою широкополосностью мають двошарові РПМ (ріс.2,3) [6] в порівнянні з одношаровими. Вони складаються з сильно поглинає шару, розташованого на металевій поверхні і шару з меншими значеннями магнітної і діелектричної проникності, узгоджувального ПЕВ з вільним простором.

    проведені експериментальні

    дослідження спектрів магнітної і діелектричної проникності і поглинаючих властивостей композитів показали, що композиційні матеріали на основі карбонільного заліза мають гарні поглинаючими властивостями в діапазоні частот від ~ 3 до 37 ГГц і вище при малих товщинах шарів. Вони можуть бути використані як в якості маскують покриттів, розташованих на металевій поверхні, так і в якості захисних неотражающих покриттів з малими коефіцієнтами відображення і проходження. Наявність мінімуму коефіцієнта відбиття від двошарової структури на частотах вище 37 ГГц відкриває можливість створювати радіопоглинаючі матеріали і на більш високі частоти, при відповідному виборі товщини шарів.

    Про ................................ г I I

    26 29 ЕС 32'А 36

    частота, ГГц

    Мал. 2. Коефіцієнти відбиття ^), проходження (Т) і поглинання (А) однослойного РПМ

    90

    80

    ГО

    ? 60

    50

    <

    т- '40

    ос 30

    20

    10

    0,

    частота, ГГц

    Мал. 3. Коефіцієнти відображення (Я), проходження (Т) і поглинання (А) двошарового РПМ

    Широке практичне застосування можуть знайти напівпровідникові матеріали (карбід кремнію і ін.). РПМ, що виконуються у вигляді об'ємних блоків з полупроводящіх середовищ, що характеризуються певним розподілом провідності, електричної е і магнітної ц проницаемостей за структурою середовищ, мають малим коефіцієнтом відображення, а їх наскрізне загасання зазвичай дуже велике, внаслідок того, що тильна сторона РПМ покрита металевим листом, наприклад, фольгою. У той же час при використанні напівпровідникових матеріалів слід дотримуватися обережності через сильної залежності їх електричних властивостей від температури.

    Для порошкових матеріалів, призначених для об'ємного поглинання енергії ЕМІ, одним з головних є питання про мікроструктурі матеріалу. Оцінка ролі розміру ізольованих металевих частинок і мікрооб'ємів приведена в роботі. Максимальне поглинання в матеріалі типу метал-окисел алюмінію спостерігається при ваговому вмісті в сплавах металевої складової 40-50% (рис. 4).

    При більшому процентному вмісті металевої компоненти ефект об'ємного поглинання зникає - падаюча хвиля

    практично повністю відбивається. такі

    закономірності справедливі для широкого діапазону частот і кутів падіння хвиль.

    В роботі [7] проводиться підбір оптимального складу композитів з нітриду алюмінію і карбіду кремнію для об'ємних СВЧ-поглиначів, а також визначення їх діелектричної проникності і тангенса кута діелектричних втрат.

    Отримано залежності коефіцієнта поглинання електромагнітної енергії від

    змісту карбіду кремнію при різних розмірах частинок, виміряний в діапазоні частот 9,5-10,5 ГГц. Встановлено, що найбільше значення тангенса кута діелектричних втрат і найменші значення діелектричної

    проникності мають композити АГИ ^ Ю з частинками розміром 5 мкм.

    Як матеріали, здатних поглинати ЕМІ в широкому діапазоні частот і потужностей і при цьому володіють прийнятною вартістю, можуть

    бути розглянуті наноструктуровані композиційні радіопоглинаючі матеріали (НКРМ) на полімерній основі.

    40 -I ----------------------------------------------- -----------------------------------------'- 1-1-|-1 -1-|-к-|-г

    Мал. 4. Залежності поглинається СВЧ енергії від змісту в матеріалі металів

    Для досягнення максимальних

    радиопоглощающих властивостей НКРМ ​​повинні володіти структурою, відповідної наступним умовам [8]:

    1. наявність в полімерній матриці розвиненою електропровідний наносеті;

    2. присутність ізольованих один від одного наночастинок магнітного речовини;

    3. забезпечення додаткового ослаблення ЕМІ за рахунок діелектричних втрат;

    4. наявність структурних елементів, що сприяють утворенню релеевскому розсіюють структур і зон, де відбувається складання хвиль в протифазі;

    5. досягнення мінімальної різниці хвильових опорів на кордоні НКРМ ​​/ повітря

    Дослідження авторів показали, що реалізація вищенаведених умов досягається шляхом введення в полімерну матрицю вуглецевих нанотрубок (УНТ) і нановолокон (УНВ) інтеркалірованних наноферрітамі. В середньому поглинає здатність НКРМ ​​містять інтеркалірованних УНТ і УНВ на 17-26% вище, ніж НКРМ ​​містять ту саму кількість незаповнених УНТ і УНВ. При цьому роль фази, що забезпечує діелектричні втрати виконують незаповнені УНВ і УНТ мікрооб'єми полімерної матриці з яскраво вираженими властивостями діелектрика. Для збільшення діелектричних властивостей

    мікрооб'ємів такої матриці в неї додатково вводиться нанонаповнювачів, наприклад оксиди кремнію або молібдену (рис.5).

    Для більш повної реалізації 4-го умови доцільна заміна частини УНВ і УНТ на металеві нанопроволоки (МНП). Така заміна майже не позначається на сумарною електропровідний здатності наносеті, і не призводить до істотного зростання різниці хвильових опорів на кордоні НКРМ ​​/ повітря, але різко збільшує різницю хвильових

    опорів на кордоні наносеть / полімерна матриця.

    Вміст оксиду молібдену,%

    Мал. 5. Зростання діелектричних втрат в залежності від вмісту в епоксидної матриці оксиду молібдену

    В результаті зазначеної заміни в НКРМ ​​виникають додаткові релеевскому розсіюють зони, що додатково збільшує поглинають здатності НКРМ ​​(рис. 6).

    дот УН? з5мемелн.1х на МНП (Ре),%

    Мал. 6. Збільшення радиопоглощающих і радіоотражающіх властивостей при заміні УНВ на МНП

    Слід зазначити, що створення матеріалів, ефективно поглинають імпульсні сигнали і хвильові пакети, пов'язане з серйозними труднощами. Поглинання електромагнітної хвилі супроводжується омічними або гістерезисними втратами. Практичне його використання для поглинання сигналів з відносно широкою смугою неможливо, у зв'язку з неприйнятним збільшенням товщини покриття.

    Особливим класом радиопоглощающих матеріалів є рідкі середовища з втратами [10], які можуть бути реалізовані на основі водних або неводних розчинів, що містять добавки для збільшення діелектричних і магнітних втрат, провідності, а також поліпшення експлуатаційних характеристик готових виробів. Використання в якості основи такої речовини, як вода, має перспективи, обумовлені її високою діелектричної проникністю (близько 80) і відповідно діелектричними втратами,

    можливістю введення різних добавок і синтезу частинок з розчинних солей.

    Основною проблемою використання рідких середовищ є просторова фіксація і стабілізація рідини, збереження її властивостей на весь період експлуатації.

    Були розроблені спеціальні конструкції трикотажних полотен і склади рідких розчинів для формування гетерогенних елементів радиопоглощающих матеріалів. Дослідження впливу товщини і структури волокнистої матриці показали, що робочий діапазон частот, в якому забезпечується ефективне придушення ЕМВ, розширюється за рахунок формування на поверхні полотен розсіюють

    неоднорідностей пірамідальної форми (рис. 7).

    Використання заповнених рідиною пористих магнітних середовищ дає додаткові можливості для варіювання спектрів коефіцієнта відображення Я. Запропонований в роботі [9] поглинач на основі гексаферріти типу Со22 і водно-спиртової суміші при кімнатній температурі має коефіцієнт відбиття нижче -10 дБ в діапазоні частот 2..40 ГГц. Показана можливість керування рівнем Я поглинача за рахунок зміни температури і складу рідини.

    а 6

    Мал. 7. Структура (а) і зовнішній вигляд (б) полотна з псевдопірамідальнимі

    неоднородностями на лицьовій поверхні

    В роботі [9] отримані зразки електропровідних композиційних матеріалів на основі пінополіуретанів, що представляють собою спінену структуру з відкритими порами з покриттям з ультрадисперсної графітової композиції. Досліджено частотні залежності комплексної проникності в діапазоні частот від

    2 до 39 ГГц, показано, що вони добре описуються дипольно-релаксаційної моделлю поляризації. продемонстровано можливість

    прогнозування властивостей і розробки

    надширокосмугових радиопоглощающих

    матеріалів.

    Поглиначі з геометричними

    неоднородностями мають значні розміри, у порівнянні з плоскими ПЕВ, однак при цьому мають ряд переваг. У поглотителях такого типу найбільш просто реалізується широка робоча смуга частот при малому коефіцієнті відбиття, вони достатньо технологічні і володіють хорошими експлуатаційними характеристиками.

    Використання багатошарового покриття з різних матеріалів дозволяє розширити діапазон, оптимізувати покриття по товщині. Це справедливо практично для поглиначів будь-яких типів. У багатошарових поглотителях електропровідність шарів (резистивних плівок) збільшується в міру наближення до металевого екрану. На рис. 8 наведена розрахункова залежність коефіцієнта відбиття в діапазоні довжин хвиль для структури з чотирьох діелектричних шарів і трьох провідних плівок, з якої випливає, що відображена енергія практично у всьому діапазоні А0 / А = 1-4 становить менше 1% від падаючої на структуру. Якщо збільшувати число шарів при відповідному розширенні діапазону, то за своїми властивостями багатошарові поглиначі будуть близькі до поглиначів градиентного типу. При зменшенні відстані між провідними шарами верхня межа частот буде зміщуватися.

    1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

    Мал. 8. Залежність коефіцієнта віддзеркалення для багатошарового поглинача від безрозмірного параметра Ао / А

    Для створення ШП поглиначів принципово необхідно враховувати

    дисперсійні властивості складових поглинач шарів.

    В роботі [9] на основі формул Френеля запропонована методика проектування

    багатошарових поглиначів. Дана методика дозволяє виконати розрахунок оптимальних широкосмугових поглиначів з урахуванням частотної дисперсії діелектричної та магнітної проникності матеріалів шарів. Знаходження оптимального поглинача полягає у визначенні шляхом реалізації процедури спрямованого пошуку, значень варійованих параметрів, які мінімізують цільову функцію при сумарній товщині шарів, менше заданої.

    В роботі [12] показана принципова можливість створення на основі активних складних середовищ високоефективних

    радіопоглотітелей, що перевершують за своїми характеристиками звичайні пасивні РПП. Запропоновано варіанти двошарових покриттів, в яких внутрішній шар є пасивним (що поглинає), а зовнішній - активним (підсилює) матеріалом, що розрізняються діапазоном і ефективністю коефіцієнта відображення. Синтез таких поглиначів проводився за допомогою чисельної оптимізації властивостей РПП для отримання цільової функції, в якості якої використовувався максимальний коефіцієнт

    відображення. Мінімізацію коефіцієнта відображення проводили методом Недлера-Міда.

    В роботі [13] розглянуті властивості нелінійних, що підсилюють, активних і керуючих складних середовищ з точки зору використання їх для створення тонких широкосмугових радіопоглотітелей. Показано, що розробка поглиначів подібного типу є альтернативою широко поширеній практиці застосування в якості РПП матеріалів з високими значеннями магнітної і діелектричної проникності і в перспективі дозволить подолати обмеження, властиві пасивним поглиначів.

    В роботі [12] запропонований ряд варіантів реалізації активних середовищ на основі навантажених диполів, де в якості дипольної навантаження використовується активний пристрій-операційний підсилювач. В експериментальному дослідженні властивості активного шару промоделювати за допомогою коаксіальної вимірювальної комірки з поміщеними в неї елементарним розсіювачем -катушкой. Навантаженням для котушки служив операційний підсилювач зі зворотним зв'язком. Параметри схеми розраховані так, щоб між прийнятої і перєїзлучать хвилями виникав зрушення фаз, необхідний для повного гасіння відбитої хвилі. За допомогою зазначеної структури експериментально отримано зниження, рівне -30 дБ на частоті 30 МГц, при товщині структури 5 мм. Таким чином, товщина поглинача склала 1/600 від довжини хвилі.

    Цікаве рішення широкосмугового ПЕВ, запропоноване Бессоновим І.Б., полягало в тому, що в структуру ПЕВ між діелектричними і магнітодіелектріческіе шарами розміщуються частотно-селективні поверхні ємнісного типу, виконані у вигляді решіток з періодично розташованими провідними елементами різної форми. Використання ПСП дозволяє розширити робочий діапазон частот, так як з'являється можливість одночасної реалізації поглинання дифракції та

    інтерференції електромагнітної хвилі.

    До особливо перспективним магнітним матеріалами слід віднести гранульовані матеріали, що представляють собою

    наноструктурний композит, в якому металеві феромагнітні наночастинки (гранули нанометрового розміру з аморфної або кристалічної структурою) розташовані в діелектричній матриці. В даний час отримані за допомогою різних методів гранульовані структури на основі кобальту, заліза, нікелю, аморфних сплавів З з добавками Бе, Та, № та інших металів, феритів, диспергованих як в неорганічних середовищах, так і в органічних матріцах- аморфному гідрогенізовані вуглеці. Магнітні властивості наноструктурованих композитів з концентрацією металевої фази нижче порога перколяції істотно відрізняються від властивостей

    аналогічних систем. Підбором концентрації металу і вибором технологічних параметрів можна досягти близьких величин комплексної діелектричної і магнітної проникності.

    Таким чином, розглянуті шляхи створення широкосмугових ПЕВ, одним з яких є використання матеріалів з певними законами дисперсії діелектричної та магнітної проникності. З'ясовано, що в даний час найбільш широкосмуговими є поглиначі з комбінованим принципом дії.

    Найбільш дослідженими є радіопоглотітелі з малим коефіцієнтом відображення на основі шаруватих композитних матеріалів. На даний момент, вони є найбільш технологічними і дешевшими;

    Показано, що для зниження ваги широкосмугових ПЕВ доцільно використовувати матеріали з діелектричними втратами.

    Для створення тонких поглиначів переважно використовувати матеріали з магнітодіелектріческіе втратами,

    що дозволяють домогтися коефіцієнта відбиття не вище -10 дБ в досить широкому діапазоні частот при товщині 1 мм.

    Особливу увагу приділено новому поколінню матеріалів з регульованими в широких межах електричними і магнітними властивостями: проводять полімерів, вуглецевих нанотрубок, наноструктурних гранульованим композитам. Доведено, що на основі гранульованих наноструктур можливе створення магнітних матеріалів з близькими комплексними магнітної і діелектричної проникності при величині магнітних втрат, в кілька разів перевищують традиційних магнітних матеріалів. Ці матеріали можуть бути основою для створення ефективних широкосмугових поглиначів електромагнітних хвиль товщиною часток міліметра.

    література

    1. Казанцева Н.Є., Ривкіна Н.Г., Чмутіної І.А. Перспективні матеріали для поглиначів електромагнітних хвиль надвисокочастотного

    діапазону // Радіотехніка та електроніка- 2003.- Т. 48. №2. С.196-209.

    2. Розанов К.Н .// РЕ.1999, Т.44.№5.С.526.

    3. Wallace J.L. Broadband Magnetic Microwave Absorbers: Fundamental Limitations // IEEE Trans. Magn. -1993. - 29, №6, Pt 3. - P. 4209-4214.

    4. Гарін Б.М., Дьяконова О.А., Казанцев Ю.Н. Фізичні властивості резистивних ниток і структур на їх основі в СВЧ діапазоні // Журнал технічної фізики.-1999. Т. 69.Вип. 1.- С. 104-108.

    5. Казанцев Ю.М., Костін М.В., Крафтмахер Г.А. і ін. Штучний парамагнетик // Радіотехніка та електроніка. - 1994. - № 10. - С. 1652-1655.

    6.Журавлев В.А., Сусляев В.І., Коровін Є.Ю., Доценко О.А. Радіопоглинаючі властивості містять карбонильное залізо композитів на СВЧ і КВЧ // Електронний науковий журнал «Досліджено в Росії» .- 2010.- №35. С.404-411.

    7. Чесний В.І., Фесенко І.П. Об'ємний поглинач НВЧ-енергії на основі нітриду алюмінію і карбіду кремнію // Матеріали і технологія виготовлення приладів СВЧ.- 2008.- №2.

    8. Кондратьєв Д.Н., Журавський В.Г. Використання наноструктурних матеріалів для підвищення надійності РЕА / Наноіндустрія.- 2008.- №4.

    9.Воротніцкій Ю.І. Оптимальне проектування багатошарових поглиначів електромагнітних хвиль // Болг. фіз.ж. - 1987. - T.14, №4. - C. 378-385.

    10.Л.М. Линьков Михайло Тихонович, В.А. Богуш, Т.В. Борботько, Е.А. Українець, Н.В. Колбун Нові матеріали для екранів електромагнітного випромінювання. Доповіді БГУИР. -№3.2004. С.152-167.

    11. Ponomarenko A.T., Ryvkina N.G., Kazantseva N.E. et al.//Proc. Of SPIE (Netwport Beach, Califomia) .1999.V.3667.P.785

    12.Розанов К.Н .. Преображенський Є.А. Синтез широкосмугових радиопоглощающих покриттів на основі складних середовищ, складених з активних електричних диполів // Радіотехніка та електроніка, 2005.-Т.50. №7.- С.858-864.

    13. Розанов К.М. Преображенський Є.А. Застосування нелінійних і активних матеріалів для створення широкосмугових радіопоглотітелей // Успіхи сучасної радіоелектронікі.- 2003.- №3- С.26-40.

    14.Бібіков С.Б., Смольнікова О.Н., Прокоф'єв

    М.В. Діелектричні властивості і СВЧ-провідність пористих радиопоглощающих матеріалів //

    Радіотехніка.- №3.- 2011 р.- С. 62-71.

    Воронезький державний технічний університет

    THE ANALYSIS OF PERSPECTIVE RADIO-ABSORBING MATERIALS A.F. Latypova, Yu.Ye. Kalinin

    The radio-absorbing materials to create a broadband absorbers of electromagnetic waves are considered. The advantages and disadvantages of various types of absorbers with dielectric and magnetic losses are analyzed. Perspective directions of broadband radar absorbing materials are planned

    Key words: radio-absorbing materials, permittivity, permeability


    Ключові слова: радиопоглощающую МАТЕРІАЛ /ДІЕЛЕКТРИЧНА ПРОНИКНІСТЬ /МАГНИТНАЯ ПРОНИКНІСТЬ /RADIO-ABSORBING MATERIALS /PERMITTIVITY /PERMEABILITY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити