Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

поглотитель электромагнитных волн

Классы МПК:H01Q17/00 Устройства для поглощения излучаемых антенной волн; комбинированные конструкции из таких устройств с активными антенными элементами или системами
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-02-01
публикация патента:

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к поглотителям электромагнитных волн. Технический результат заключается в получении поглотителя электромагнитных волн для сверхширокополосных антенн, работоспособного в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот наряду с технологичностью его изготовления. Сущность изобретения заключается в том, что в поглощающем составе, состоящем из эпоксидно-эластомерного связующего, распределен нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой, с размером частиц от 1 до 50 мкм, содержащий также нанокристаллы соединений поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10 -5 1/нм3, в приведенном в формуле соотношении, в масс.ч.: эпоксидный эластомер - 100 отвердитель - 8, нанокристаллический порошок - 300-600. 2 ил., 1 табл. поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029

Рисунки к патенту РФ 2414029

поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к поглотителям электромагнитных волн, и может быть использовано в сверхширокополосных антеннах, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот.

Поглотители электромагнитных волн предназначены для поглощения электромагнитной энергии в конструкциях сверхширокополосных антенн, уменьшения паразитных отражений от проводящих объектов, расположенных вблизи антенн, обеспечения монотонности формы диаграммы направленности антенны, обеспечения стабильности радиотехнических характеристик антенн наряду с технологичностью их изготовления в серийном производстве.

Для СВЧ-техники широко применяются серийно выпускаемые поглотители электромагнитных волн (ПЭВ) марки ПМ-3,2, ПМ-10, ПМ-24, содержащие карбонильное железо Р-10 (ТУ 2531-002-10492330-2000 «Пластины эластичные магнитодиэлектрические марок ПМ»). Недостатками данных поглотителей являются нестабильность коэффициента отражения и разброс по толщине пластин, поставляемых в готовом виде, например, от 1,83 до 2,03 мм для ПМ-3.2 - фактические данные по анализу готовой продукции, потери материала вследствие механической обработки пластин, а также большая трудоемкость изготовления изделий, имеющих различную кривизну поверхности.

Известен композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения (патент РФ № 2324989, 2006 г.), состоящий из полимерной основы, в которой распределены частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B или Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 100 мкм. При этом частицы сплава содержат нанокристаллы соединений поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si) или поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -Co объемной плотностью (0,6÷1,4)·10-5 1/нм3. Целью данного технического решения является повышение магнитной проницаемости µ и, как следствие, увеличение коэффициента экранирования. Техническое решение не содержит сведений об использовании указанного композиционного материала как радиопоглощающего. В статье «Наноматериалы конструкционного и функционального класса» (Рыбин В.В. и др., «Вопросы материаловедения», 2006 г., № 1 (45), с.169-178) указано, что перспектива использования нанокристаллических магнитных материалов при создании радиопоглощающих материалов (РПМ), работающих в диапазоне частот свыше 1 МГц определяется тем, что при таких частотах вклад в магнитные свойства ферромагнетиков осуществляется не за счет смещения границ доменов, а за счет вращения векторов намагниченности, так как в кристаллических ферромагнетиках размеры доменов велики, то процесс вращения векторов намагниченности затруднен. Этих недостатков лишены нанокристаллические магнитомягкие сплавы, представляющие собой набор нанокристаллов поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -Fe или поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si), находящихся в суперпарамагнитном состоянии и расположенных в остаточной аморфной матрице. Высокочастотные магнитные свойства этих сплавов будут определяться вращением векторов намагниченности нанокристаллов,

Известно радиопоглощающее покрытие для антенн (патент РФ № 2369947, H01Q 1/38, 2009 г.) на основе эпоксидного эластомера и карбонильного железа, которое имеет высокую адгезию, прочность, технологичность и приемлемые радиотехнические характеристики. Однако данное техническое решение не используется как радиопоглощающее покрытие для сверхширокополосных антенн.

Целью данного изобретения является разработка поглотителя электромагнитных волн для сверхширокополосных антенн, работоспособного в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот наряду с технологичностью его изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в поглощающем составе, состоящем из эпоксидно-эластомерного связующего, распределен нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером частиц от 1 до 50 мкм с содержанием в частицах сплава нанокристаллов соединений поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10 -5 1/нм3 в следующем соотношении в масс.ч.:

эпоксидный эластомер 100
отвердитель 8
нанокристаллический порошок 300-600

На фиг.1 изображена частотная зависимость коэффициента отражения поглотителя толщиной 0,02 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 с различным содержанием массовых частей нанокристаллического порошка и поглотителя из радиопоглощающего материала марки ПМ-24.

На фиг.2 изображена частотная зависимость коэффициента отражения поглотителя толщиной 0,12 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 с различным содержанием массовых частей нанокристаллического порошка и поглотителя из радиопоглощающего материала марки ПМ-3,2.

Выбор полимерной матрицы определяется эксплуатационными и технологическими характеристиками.

Изменение процентного содержания нанокристаллического порошка, в разработанном поглощающем составе толщиной, например, 0,12÷0,02 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 , где поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 - длина волны для диапазона, в котором работает конкретный поглотитель, позволило получить требуемое поглощение в расширенных участках рабочего диапазона частот.

Сравнительные характеристики физико-механических свойств исследованных радиопоглощающих материалов приведены в таблице.

Показатели ПМ-3,2Радиопоглощающее покрытие для антенн Поглотитель ЭМВ с нанокристаллическим порошком
Номинальный удельный вес, гр./см3 2,842,72 2,98-3,49
Номинальная толщина, мм 1,831поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 22поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 6
Прочность при разрыве, кгс/см2, не менее 35200 200
Магнитная проницаемость1.23 1,15 0,65-4
Диэлектрическая проницаемость 10,2111,07 12,5поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 21

Для проверки радиотехнических характеристик были изготовлены поглощающий состав 1 и поглощающий состав 2 со следующим соотношением компонентов, масс.ч.:

поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 Состав 1 Состав 2
эпоксидный эластомер 100 100
отвердитель 8 8
нанокристаллический порошок300 60

Далее изготовлены образцы поглотителей толщиной соответственно 0,12 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 , и 0,02 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 и проверены их радиотехнические характеристики.

На графиках фиг.1 и фиг.2 представлены зависимости коэффициента отражения R (дБ) от частоты f (ГГц) поглотителей с различным содержанием нанокристаллического порошка и поглотителей из радиопоглощающих материалов ПМ-24 и ПМ-3,2 в нижнем и верхнем участках рабочего диапазона частот сверхширокополосной антенны.

Из графиков на фиг.1 видно, что увеличение масс.ч. нанокристаллического порошка в составе образцов поглотителя толщиной, например 0,02 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 смещает минимум коэффициента отражения в область более низких частот. Использование поглотителя на основе нанокристаллического порошка с содержанием 600 масс.ч. в составе сверхширокополосной антенны позволило расширить ее рабочий диапазон частот в сторону более низких частот на 30% по сравнению с известным поглотителем из радиопоглощающего материала ПМ-24, использовавшимся в антенне ранее.

Из графиков, представленных на фиг.2, видно, что образец поглотителя толщиной, например 0,12 поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 с содержанием нанокристаллического порошка 300 масс.ч. имеет минимальный коэффициент отражения на частоте 12,2 ГГц в отличие от образцов из радиопоглощающего материала ПМ-3,2 (А и Б), имеющих минимальный коэффициент отражения в диапазоне частот 8,5-10,7 ГГц. Смещение минимума коэффициента отражения в область более высоких частот позволило обеспечить монотонность формы диаграммы направленности сверхширокополосной антенны на частотах 11÷12 ГГц, имевшей на указанных частотах при использовании радиопоглощающего материала ПМ-3,2 провалы в диаграммах направленности.

Таким образом, при использовании поглотителей, в состав которых введен нанокристаллический порошок, в отличие от известных РПМ выявлена возможность обеспечения монотонности формы диаграммы направленности и расширения рабочего диапазона частот сверхширокополосной антенны в область более высоких и более низких частот за счет применения определенного содержания масс.ч. нанокристаллического порошка при выбранной толщине поглотителей.

Поглощающий состав изготовлен следующим образом: в эпоксидно-эластомерное связующее вводится нанокристаллический порошок, предварительно высушенный при температуре 120±10°С в течение 1-2 часов в сушильном шкафу, после чего смесь тщательно перемешивается. Полученную смесь наносят непосредственно на изделие, затем помещают в специальные формы, обеспечивающие требуемую толщину поглотителя, форма закрывается и выдерживается при нормальной температуре 25±10°С в течение 24 часов.

После извлечения из формы изделия с поглотителем до испытаний выдерживаются в нормальных условиях не менее 24 часов. При необходимости поглотитель может подвергаться механической обработке.

Далее были проведены следующие испытания антенн с поглотителем, содержащим нанокристаллический порошок:

- проверка радиотехнических характеристик антенн в нормальных условиях на соответствие техническим требованиям;

- испытание на воздействие циклического изменения температур при температуре -60°С - 2 ч, +85°С - 2 ч, всего 10 циклов;

- испытание на устойчивость при воздействии случайной вибрации на диапазоне частот 5 - 2000 Гц со средним значением суммарного ускорения 12,5 g;

- испытание на вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот 5 - 2000 Гц с продолжительностью испытаний по 3 мин (вибропрочность) и по 9 ч (виброустойчивость) по осям x, y, z;

- испытание на воздействие повышенной влажности 96-100% при температуре +35-55°С в течение 10 суток;

- испытание на воздействие повышенной температуры +85°С - 2 ч, +120°С - 3 мин;

- испытание на воздействие пониженной температуры -60°С - 2 ч.

После каждого вида испытаний производилась проверка радиотехнических характеристик антенн. Результаты испытаний положительные.

Таким образом, решена поставленная задача получения поглотителей электромагнитных волн для сверхширокополосных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот.

Использование поглотителя электромагнитных волн, изготовленного в виде композиционного материала с нанокристаллическим порошком, представляющим собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером от 1 до 50 мкм с содержанием в частицах сплава нанокристаллов соединений поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10 -5 1/нм3 на основе эпоксидно-эластомерного связующего, в антеннах позволило:

- расширить рабочий диапазон частот сверхширокополосных антенн до 30% в области УВЧ;

- обеспечить монотонность формы диаграмм направленности антенн в области СВЧ и КВЧ;

- обеспечить стабильность радиотехнических характеристик антенн;

- улучшить технологичность изготовления поглотителей в антеннах за счет применения прогрессивного метода заливки в форме.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поглотитель электромагнитных волн, состоящий из эпоксидно-эластомерного связующего, в котором распределен магнитный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя выбран нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером частиц от 1 до 50 мкм, содержащий нанокристаллы соединения поглотитель электромагнитных волн, патент № 2414029 -(Fe, Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10 -5 1/нм3 при следующем соотношении компонентов поглотителя, мас.ч.:

эпоксидный эластомер 100
отвердитель 8
нанокристаллический порошок 300÷600


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2414029

patent-2414029.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H01Q17/00 Устройства для поглощения излучаемых антенной волн; комбинированные конструкции из таких устройств с активными антенными элементами или системами

Патенты РФ в классе H01Q17/00:
углеродсодержащая композиция для радиозащитных материалов -  патент 2519244 (10.06.2014)
многофункциональный поглотитель электромагнитных волн -  патент 2510951 (10.04.2014)
способ изготовления объемных поглотителей свч-энергии -  патент 2510926 (10.04.2014)
способ изготовления поглощающего покрытия -  патент 2503103 (27.12.2013)
полимерный композиционный материал для радиоэлектронной техники -  патент 2502767 (27.12.2013)
поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал для его изготовления -  патент 2500704 (10.12.2013)
малоотражающее покрытие на основе омега-частиц и способ его изготовления -  патент 2497245 (27.10.2013)
материал для поглощения электромагнитных волн -  патент 2494507 (27.09.2013)
полимерная композиция для поглощения высокочастотной энергии -  патент 2493186 (20.09.2013)
способ ослабления энергии электромагнитного излучения -  патент 2490762 (20.08.2013)

Наверх