Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал для его изготовления

Классы МПК:C09D5/32 краски, поглощающие излучения 
C08K3/04 углерод
C08K3/10 соединения металлов
H01Q17/00 Устройства для поглощения излучаемых антенной волн; комбинированные конструкции из таких устройств с активными антенными элементами или системами
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Холдинговая компания "Новосибирский Электровакуумный Завод-Союз" в форме открытого акционерного общества (RU),
Закрытое акционерное общество "НЭВЗ-КЕРАМИКС" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-01-20
публикация патента:

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу, содержащему полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа. При этом в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное карбонильное железо 60-90, при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее 85-15, наполнитель 15-85. Также изобретение относится к поглотителю электромагнитных волн, использующему указанный материал. Использование настоящего изобретения позволяет снизить вероятность обнаружения защищаемых объектов и их распознавания за счет расширения диапазона частот от 5 до 20 ГГц поглощаемых электромагнитных волн от стационарных и мобильных радиолокаторов и снижения уровня мощности отраженного сигнала. Также уменьшается вес, толщина и стоимость изготовления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил. поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

Рисунки к патенту РФ 2500704

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к материалам для поглощения электромагнитных волн и конструкциям поглотителей, изобретение предназначено для поглощения электромагнитного излучения в наземной, морской, авиационной и космической технике, что позволяет повысить скрытность объектов и уменьшить вероятность их обнаружения радиолокаторами, может быть использовано для создания покрытий, поглощающих электромагнитные волны (ЭМВ) сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, уменьшающим величину мощности отраженного сигнала электромагнитной волны радиолокатора в широком диапазоне частот и в качестве защитного материала для уменьшения радиолокационной заметности объектов различных типоразмеров и конфигурации в зоне облучения электромагнитными волнами, излучаемыми радиолокаторами в диапазоне СВЧ 5-20 ГГц.

Одним из направлений в создании поглотителей электромагнитных волн и радиопоглощающих материалов для их изготовления является создание электродинамических материалов на основе синтеза слоистой структуры, обладающей заданными электрофизическими свойствами, например, заданным уровнем отражения радиоволн в некотором диапазоне частот. При этом желательно, чтобы такая структура обладала минимальной толщиной и массой.

Известен синтетический диэлектрический материал широкополосного поглощения и отражения (радиопоглощающий материал), описанный в изобретении по патенту US 5298903, кл. H01Q 17/00, содержащий синтетический материал с распределенными в нем эллипсовидными релеевскими отражателями с максимальным линейным размером, меньшим наименьшей длины волны в заданном частотном диапазоне. Релеевские частицы представляют собой изолятор, покрытый тонкой металлической оболочкой. Толщина материала выбрана больше максимальной длины волны рабочей полосы в синтетическом материале.

К недостаткам данного материала можно отнести большую трудоемкость нанесения металлизационного слоя на изоляторы, высокую стоимость его изготовления и сложность нанесения на защищаемый объект.

Наиболее близким по технической сути и назначению к заявляемому радиопоглощающему материалу является материал, описанный в патенте (RU 2107705 C1, кл. C09D 5/32; C08K 3/10, опубл. 27.03.98). В нем в качестве полимерного связующего использован синтетический клей «Элатон», а в качестве наполнителя - порошкообразные феррит или карбонильное железо в соотношении, мас.%: «Элатон» - 80-20; магнитный наполнитель 20-80.

Используемый в прототипе радиопоглощающий материал (РПМ) обеспечивает поглощение ЭМВ в ограниченном частотном диапазоне, преимущественно на верхних частотах диапазона работы радиолокационных станций (РЛС), имеет неравномерное поглощение, в начале диапазона слабое на уровне 5-9 дБ и несколько большее на верхних частотах 15-20 дБ.

Известен поглотитель электромагнитных волн (ЭМВ) (патент US 5561428, кл. H01Q 17/00), включающий в себя полимерное связующее и наполнитель, который выполнен в виде ориентированных произвольным образом нитей, образующих трехмерную пористую структуру, при этом на часть нитей нанесен проводящий слой.

К недостаткам этого поглотителя нужно отнести сложность нанесения проводящего слоя на нити и формирования из нитей равномерной трехмерной нитевой структуры наполнителя.

К основным недостаткам таких поглотителей относятся: большой вес и габариты (толщина), малая степень поглощения электромагнитных волн, а также высокий коэффициент отражения. Последнее связано с отсутствием плавного затухания ЭМВ при их прохождении через поглотитель.

Известен также многослойный поглотитель ЭМВ, выполненный трехслойным: крайние слои выполнены из диэлектрических материалов, а расположенный между ними средний слой из электропроводящего материала (а.с. № 1786567, кл. H01Q 17/00, заявл. 07.05.90, опубл. 07.01.93).

Недостатком известного поглотителя является сравнительно высокий коэффициент отражения из-за неплавного согласования диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов с диэлектрической проницаемостью внешней окружающей среды (воздуха) и неэффективное поглощение ЭМВ во всем диапазоне длин волн.

В качестве прототипа выбран сверхширокодиапазонный поглотитель электромагнитных волн, состоящий из закрепленых на металлической подложке: слоя диэлектрического материала, выполненного на основе радиопоглощающего пеностекла, слоя магнитного материала выполненного из радиопоглощающего никель-цинкового феррита (патент РФ № 2110122, приоритет от 11.03.1997 г, опубл. 27.04.1998 г). При этом общая толщина поглотителя составляет большую величину и колеблется в зависимости от варианта конструктивного исполнения от 210 до 365 мм.

Недостатком прототипа является использование магнитного материала из радиопоглощающего никель-цинкового феррита, который имеет значительную массу (8-15 кг/м2), высокую стоимость, низкую механическую прочность и термостойкость, поэтому его нельзя применять в миниатюрных радиоэлектронных устройствах. Также к недостаткам данного технического решения следует отнести низкие значения удельного затухания во всех слоях поглотителя, высокий уровень отражения ЭМВ, особенно в верхней части частотного диапазона поглощаемых электромагнитных волн. Таким образом, существенно ограничены области применения данного поглотителя, в частности, исключено его использование для защиты биологических объектов, для радиомаскировки бронетехники, автотранспорта, летательных аппаратов и кораблей легких классов.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение вероятности обнаружения защищаемых объектов и их распознавания, за счет расширения диапазона частот от 5 до 20 ГГц поглощаемых электромагнитных волн от стационарных и мобильных радиолокаторов и снижения уровня мощности отраженного сигнала. А также, уменьшение веса, толщины и стоимости поглотителя электромагнитных волн.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном радиопоглощающем материале, содержащем полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, наполнитель выполнен двухкомпонентным - из дискретных углеродных волокон (ДУВ) и порошкообразного карбонильного железа (КЖ). В качестве полимерного связующего использована эпоксидная смола, при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная смола 85-15, дискретные углеродные волокна и порошкообразное карбонильное железо 15-85. Смесь из дискретных углеродных волокон и карбонильного железа состоит в следующем соотношении компонентов, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное карбонильное железо 60-90.

Дискретные углеродные волокна использованы в виде ориентированных произвольным образом нитей размером 10-50 мкм, а карбонильное железо использовано в виде частиц сферической формы с диаметром 10-20 мкм.

Использование дискретных углеродных волокон приводит к возникновению в композиционном материале специфических атомно-молекулярных структур, в которых возникают флуктуации диэлектрической проницаемости, приводящие к значительному увеличению рассеивания СВЧ мощности в композиционном материале.

Наличие случайно ориентированных и случайно расположенных в объеме полимерного связующего частиц наполнителя различных размеров, различной диэлектрической и магнитной проницаемостью, приводит к образованию рассеивающих структур различных размеров, что, в свою очередь, приводит к расширению рабочего частотного диапазона предлагаемого материала.

Поставленная задача достигается тем, что в известном поглотителе электромагнитных волн, состоящем из диэлектрического и радиопоглощающего материалов и металлической подложки, диэлектрический материал выполнен в виде пластины из алюмооксидной керамики, на внешнюю поверхность которой нанесена полимерная диэлектрическая пленка, за ним расположен радиопоглощающий материал, состоящий из двух слоев, первый слой выполнен из смеси полимерного связующего и наполнителя из порошкообразного карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- связующее - 80-20

- наполнитель - 20-80,

а второй слой представляет собой смесь полимерного связующего и наполнителя, состоящего из порошкообразного карбонильного железа и дискретных углеродных волокон в соотношении, мас.%:

- дискретные углеродные волокна - 40-10

- порошкообразное карбонильное железо - 60-90

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- связующее - 85-15

- наполнитель - 15-85,

при этом второй слой наносится на металлическую подложку. Изобретение пояснено следующими чертежами:

На фиг.1 и фиг.2 представлены диаграммы зависимости ослабления уровня СВЧ мощности и уровня отражаемой волны в диапазоне частот 5-20 ГГц при использовании РПМ из композиционного наполнителя разного состава. На фиг.1 наполнитель выполнен из порошкообразного карбонильного железа, а на фиг.2 из карбонильного железа и дискретных углеродных волокон. Измерения и испытания проводились согласно методике, описанной в ГОСТ Р 50011-92.

На фиг.3 представлена схема устройства измерения отражения ЭМВ, где:

- П - отражающая пластина;

- А - рупорная антенна;

- H01, H02 - ответвители;

- В1, В2 - вентили;

- ФВ - перестраиваемый фазовращатель;

- АТТ - перестраиваемый аттенюатор;

- Д - делитель;

- Г - генератор;

- ИМ - измеритель мощности.

На фиг.4 изображен в разрезе поглотитель электромагнитных волн и, входящий в его структуру, как составная часть, радиопоглощающий материал. Кроме того, иллюстрируется механизм прохождения ЭМВ сквозь слоистую структуру поглотителя и последующее отражение ЭМВ от каждого слоя в окружающее пространство. Поглотитель содержит первый внешний слой диэлектрического материала 1, второй слой диэлектрического материала 2, первый слой радиопоглощающего материала 3, второй слой радиопоглощающего материала 4 и металлическую подложку 5.

Внешний слой диэлектрического материала 1 выполнен из полимерной диэлектрической пленки полиэтилентерефталата (ГОСТ 24234-80) толщиной 0,2 мм, второй слой диэлектрического материала 2 выполнен в виде пластины из алюмооксидной керамики толщиной 10 мм. Первый слой радиопоглощающего материала 3 толщиной 2 мм представляет собой полимерное связующее на основе эпоксидной смолы и наполнителя из порошкообразного карбонильного железа. Второй слой радиопоглощающего материала 4 толщиной 2 мм, представляет собой полимерное связующее на основе эпоксидной смолы с распределенными в нем проводящими частицами карбонильного железа с добавлением дискретных углеродных волокон. Вся слоистая структура соединена с металлической подложкой 5, которая выполнена из броневой стали толщиной 2 мм.

Измерения радиопоглощающих свойств проводились в два этапа. На первом этапе исследовались радиопоглощающие свойства калиброванных образцов в виде колец, изготовленных из составов на основе эпоксидной смолы, эпоксидной смолы с различной концентрацией КЖ, эпоксидной смолы с различной концентрацией ДУВ эпоксидной смолы с различной концентрацией КЖ и ДУВ в коаксиально-волноводном тракте, а на втором этапе исследовались радиопоглощающая и радиоотражающая способности выбранных составов слоев на основе эпоксидной смолы с различной концентрацией КЖ и ДУВ, нанесенного в одном случае на металлическую панель 200×200 мм и во втором случае на 16 штук керамической бронеплитки размером 50×50×10 мм, которые затем присоединялись металлической панели размером 200×200 мм.

Коэффициент отражения показывает долю энергии, переизлученной в направлении источника ЭМВ. Величина ослабления электромагнитной энергии оценивает отношение уровней падающей электромагнитной энергии и в области пространства за образцом. Процессы отражения электромагнитных волн от границы раздела двух сред с различными электромагнитными характеристиками и поглощения энергии ЭМВ в объеме материала за счет различных механизмов характеризуют эффективность экранирования электромагнитного излучения.

Исследование экранирующих свойств полученных композиционных материалов на основе эпоксидной смолы с различной концентрацией ДУВ и эпоксидной смолы с различной концентрацией КЖ и ДУВ производили в диапазоне 5поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 20 ГГц с использованием панорамного измерителя коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и ослабления и волноводного измерительного тракта.

КСВН связан с коэффициентом отражения Котр следующим соотношением:

КСВН=1+Котр/1-Котр.

Приведенные характеристики получены для двухслойного материала толщиной 4 мм, включающего 1-й 2-ой слои одинаковой толщины, равной 2 мм. При измерении коэффициента отражения СВЧ сигнала поглощающий слой нанесен на металлическую основу. Наполнитель выполнен двухслойным: первый слой 2 мм состоит из эпоксидной смолы и смеси дискретных углеродных волокон и порошкообразного карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная смола - 25, дискретные углеродные волокна - 10, порошкообразное карбонильное железо - 65 соответственно, второй слой 2 мм из эпоксидной смолы и порошкообразного карбонильного железа при соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная смола - 20, порошкообразное карбонильное железо - 80 соответственно.

Измерения осуществлялись в диапазоне частот 5-20 ГГц. Анализ результатов измерений был проведен по экспериментально полученным значениям коэффициентов передачи и отражения исследуемых РПМ. При измерениях за образцами устанавливалась металлическая панель. Получено, что предложенная конструкция поглотителя в диапазоне частот 5-20 ГГц ослабляет электромагнитное излучение на частоте, равной 5 ГГц, на величину -6поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 -12 дБ при значении коэффициента отражение равном -0,8поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 -4 дБ а на частоте 20 ГГц ослабляет электромагнитное излучение коэффициент на величину -26поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 -40 дБ при значении коэффициента отражение равном -3,2поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 -1,8 дБ.

На графиках (фиг.1 и фиг.2) приведены полученные частотные зависимости коэффициентов отражения исследуемых образцов радиопоглощающих материалов в диапазоне частот 5-20 ГГц.

Измерение коэффициента отражения предложенной конструкции поглотителя в диапазоне частот 5-20 ГГц проводилось следующим образом:

Изготовленная из исследуемого материала квадратная пластина размером 200×200 мм устанавливается перпендикулярно оси облучающей ее рупорной антенны, которая одновременно является и приемной антенной отраженной волны от квадратной пластины. Расстояние от пластины до антенны составляет 50-60 см. Специальным устройством обеспечивается возможность плавного измерения этого расстояния. Тип используемой антенны - П6-12.

Излучаемая антенной волна отражается от пластины, затем от антенны (из-за рассогласования последней с пространством) и пластины один, два, три и так далее до бесконечности раз, формирует суммарную волну, принимаемую антенной. СВЧ сигнал, принятый антенной, будет иметь амплитуду

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 ,

где U - амплитуда излучаемого антенной сигнала,

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 2 - коэффициент отражения волны от антенны (по мощности),

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 - для мощности излучаемой антенной волны, попадающей на пластину,

k - искомый коэффициент отражения пластины (по амплитуде),

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 - доля мощности отраженной от пластины волны, падающая в антенну,

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 р - приращение фазы при отражении волны от антенны,

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 х - приращение фазы при отражении волны от пластины,

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

l - расстояние от излучателя антенны до пластины, поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 - длина волны.

Из приведенных выражений следует, что при плавном измерении расстояние от антенны до пластины на поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 /2 амплитуда принятого сигнала пробегает весь набор значении от Aminпоглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 до Amaxпоглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

С помощью аппаратуры, подключенной к антенне, измеряемые величины Vmin и Vmax пропорциональны соответственно Amin и Amax. В результате будем иметь два соотношения

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 и поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

Далее пластина, изготовленная из исследуемого материала, заменяется на пластину с такими же размерами, сделанную из материала с известным коэффициентом отражения ko . Обычно это металлическая пластина, коэффициент отражения которой принимается равным единице.

Описанным выше способом для этой пластины получаем два соотношения

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 и поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

Соотношения (1) и (2) решается относительно неизвестного k в виде

поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704

По формуле (3) производится расчет коэффициента отражения к исследуемого материала по данным измерений V max, Vmin, Vomax, Vomin .

Схема устройства измерения величины Vmax , Vmin, Vomax, Vomin представлена на фиг.3.

Для разделения излучаемого через антенну сигнала, облучающего пластину и принимаемого сигнала, используются направленные ответвители и вентили. Через выход 1 направленного ответвителя Н01 принимаемый антенной сигнал поступает на измеритель мощности ИМ. В качестве величины V, пропорциональной амплитуде принимаемого сигнала, берется корень квадратный из измеренного значения мощности.

Для исключения влияния на результаты измерения сигнала, идущего на излучения, который вместе с принимаемым сигналом может проходить на выход 1 направленного ответвителя Н01, в устройстве имеется компенсационный канал, включающий в себя выход 2 направленного ответвителя Н02, перестраиваемый аттенюатор АТТ и перестраиваемый фазовращатель ФВ. На делители Д сигналы измерительного и компенсационного каналов складываются, после чего поступает на измеритель мощности ИМ.

Компенсация проникающего через измерительный канал измеряемого сигнала осуществляется при убранной отражающей пластине путем установки такого затухания и поворота фазы сигнала в компенсационном канале, при котором измеритель мощности показывает нуль мощности.

Измерения коэффициентов отражения известных материалов флана и оргстекла с известными по справочникам и техническим условиям характеристиками, проведенные изложенным способом, дали результаты, практически совпадающие с теоретическими расчетами.

Приведенные характеристики получены для заявляемого многослойного РПМ суммарной толщиной примерно 14 мм.

При измерении коэффициента отражения СВЧ сигнала поглощающий слой нанесен на металлическую основу. Наполнитель выполнен двухслойным: первый слой 2 мм состоит из эпоксидной смолы и смеси дискретных углеродных волокон и порошкообразного карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:, эпоксидная смола - 25, дискретные углеродные волокна - 10, порошкообразное карбонильное железо - 65 соответственно. Второй слой толщиной 2 мм наносится на 1-й слой и состоит из эпоксидной смолы и порошкообразного карбонильного железа при соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная смола - 20, порошкообразное карбонильное железо - 80 соответственно.

Использование в качестве полимерной связующей основы эпоксидной смолы, например, марки ЭД-20 (ГОСТ 24709-81) позволяет наносить радиопоглощающий материал и на керамическую основу. При этом получаются покрытия из тонкослойного радиопоглощающего материала с высокими поглощающими свойствами, со значением ослабления СВЧ сигнала 5-10 дБ/мм, которые можно использовать для создания радиопоглощающих антирадарных панелей, в том числе для передвижных объектов и транспортных средств.

Примеры осуществления изобретения:

Радиопоглощающий материал приготавливается путем механического смешивания компонентов непосредственно перед нанесением его на покрываемую поверхность. Сначала все компоненты, входящие в состав РПМ, взвешиваются, затем смесь наполнителей из ДУВ и КЖ высыпается в эпоксидную смолу и перемешивается с помощью пропеллерной мешалки, после чего в полученную композицию добавляется отвердитель, снова смесь тщательно перемешивается в пропеллерной мешалке и затем готовый состав наносится на керамическую бронеплитку, помещенную в специальную литьевую форму. После того как этот 1-й слой застынет, его поверхность фрезеруется для обеспечения заданной толщины 2 мм. Потом аналогичным способом приготавливается рецептура смеси для 2-го слоя, которая далее наносится методом литья в той же форме на отфрезерованную поверхность 1-го слоя. В результате получается РПМ суммарной толщиной 4 мм.

В зависимости от необходимого значения снижения уровня или мощности отражаемой электромагнитной волны приготовляют соответствующие соотношения компонентов наполнителя.

Состав рецептур представлен ниже.

Рецептура 1-го слоя

Соотношение компонентов, мас.%:

эпоксидная смола 85-15

наполнитель в виде смеси дискретных углеродных волокон и порошкообразного карбонильного железа 15-85, смесь из порошкообразного карбонильного железа и дискретных углеродных волокон изготавливается при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дискретные углеродные волокна 40-10,

порошкообразное карбонильное железо 60-90

Рецептура 2-го слоя

Соотношение компонентов, мас.%:

эпоксидная смола 80-20

порошкообразное карбонильное железо 20-80

Поглотитель с нанесенными по указанным рецептурам слоями может быть использован в составе различных конструкций военной техники и специальных устройств, где требуется обеспечить поглощение ЭМВ повышенной эффективности.

У предлагаемой конструкции поглотителя по мере проникновения ЭМВ из окружающего пространства вовнутрь, в направлении от наружного слоя к внутренним слоям, возрастают значения величин диэлектрической проницаемости радиопоглощающих слоев, удельное сопротивление слоев из полимерного связующего и порошкообразных наполнителей из карбонильного железа и из смеси дискретных углеродных волокон и карбонильного железа. При этом радиопоглощающие и отражающие свойства поглотителя зависят от расстояния между слоями и от величин проницаемостей, связанных с величиной тангенса угла потерь и с величинами удельных сопротивлений поглощающих материалов.

От толщины слоев зависит вес поглотителя, дифракционное рассеяние падающего излучения, интерференционное гашение излучения и эффективность переотражения радиоволн между слоями. Конструкция поглотителя технологична, имеет небольшой вес и позволяет обеспечивать поглощение в широкой полосе частот при использовании необходимого количества поглощающих слоев. Таким образом, при послойном распределении необходимых величин проницаемостей, с учетом их частотной дисперсии, создаются условия для вхождения ЭМВ в материал с минимальным отражением. При дальнейшем движении ЭМВ к металлу возрастают ее поглощение, показатель преломления, рассеяние и сжатие, но продолжает снижаться отражение.

Сопоставимый анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный поглотитель ЭМВ отличается от известного тем, что диэлектрический материал выполнен составным в виде пластины из алюмооксидной керамики с нанесенной на внешнюю сторону полимерной диэлектрической пленкой, радиопоглощающий материал выполнен из 2-х слоев, причем 1-й слой, находящийся за диэлектрическим материалом представляет собой полимерное связующее и порошкообразный наполнитель из карбонильного железа, а 2-ой слой, находящийся между 1-ым слоем и металлической подложкой, представляет собой полимерное связующее и порошкообразный наполнитель из смеси дискретных углеродных волокон и карбонильного железа, которые обладают большой величиной тангенса угла потерь, достигающей нескольких десятков единиц, что необходимо для эффективного затухания радиоволн в широкой полосе частот.

Предложенная конструкция поглотителя обладает небольшим весом и высокой эффективностью снижения коэффициента отражения.

Поглотитель работает следующим образом.

Прямая электромагнитная волна (волна В1) поступает в наружный слой из диэлектрического материала в виде полимерной диэлектрической пленки 1, граничащей с воздухом и имеющей небольшую величину диэлектрической проницаемости (фиг.4), при этом волна немного отражается от передней поверхности (волна В2). Далее волна поступает в диэлектрический материал в виде пластины из алюмооксидной керамики 2, имеющей несколько большую величину диэлектрической проницаемости, чем у полимерной диэлектрической пленки. Достигая границы раздела между керамикой 2 и радиопоглощающим материалом 3, волна частично отражается (волна В4), а большая часть проникает в первый слой радиопоглощающего материала 3, состоящего из полимерного связующего на основе эпоксидной смолы и порошкообразного наполнителя из карбонильного железа, претерпевает небольшое затухание из-за дифракционного рассеяния, интерференции, поглощения и переотражения (волны В4-1 и В4-2). Далее электромагнитная волна поступает во второй радиопоглощающий материал 4 в виде полимерного связующего и порошкообразного наполнитель из смеси дискретных углеродных волокон и карбонильного железа. Достигая границы раздела между слоем радиопоглощающего материала 4 и металлической подложкой, волна частично отражается (волна В5-1), а часть ее по мере проникновения во второй слой радиопоглощающего материала 4 переотражается от металлической подложки и выходит наружу (волна В5-2).

Такое комплексное рассеяние энергии происходит на границе каждого поглощающего слоя, как радиопрозрачного, так и изолирующего слоя, но с разной интенсивностью. Чем ближе поглощающий слой к металлу, тем больше интенсивность рассеяния, поскольку последующие слои выполнены из материалов с уменьшающимися величинами удельных сопротивлений и нарастающими величинами диэлектрических проницаемостей. В связи с этим комплексное рассеяние энергии радиоволн в поглотителе возрастает почти до полного их затухания.

Таким образом, конструкция поглотителя за счет многослойноепоглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал   для его изготовления, патент № 2500704 и применения сочетания карбонильного железа и дискретных углеродных волокон эффективна в широком диапазоне длин волн и минимальна по толщине и весу по сравнению с прототипом. Этому способствует применение в поглощающих покрытиях слоев из материалов с уменьшающимися величинами удельных сопротивлений и нарастающими величинами диэлектрических проницаемостей. Внешняя полимерная диэлектрическая пленка выполнена из полиэтилентерефталата, величина диэлектрической проницаемости которого составляет 2,54-4,0, а у следующей за ней на пути проникновения ЭМВ пластины из алюмооксидной керамики величина диэлектрической проницаемости равна 8,0-10,0.

Радиопоглощающий материал, находящийся за диэлектрическим материалом, представляющий собой полимерное связующее и порошкообразный наполнитель из карбонильного железа, имеет малую величину удельного сопротивления, а 2-ой слой, находящийся между 1-ым слоем и металлической подложкой и представляющий собой полимерное связующее и порошкообразный наполнитель из смеси дискретных углеродных волокон и карбонильного железа, так же имеет малую величину удельного сопротивления.

Часть падающей на материал из пространства СВЧ-энергии электромагнитной волны поглощается путем преобразования в энергию теплового движения молекул материала наполнителя, а часть хаотично переотражается в пространство. В переотражении многократно участвуют все частицы наполнителя, распределенные в полимерной основе, являющие элементарными излучателями с широкими диаграммами направленности. Переотражение электромагнитной волны является не зеркальным, а диффузно рассеянным. Поглотитель, содержащий диэлектрические волокна, полимерное связующее и расположенные в отдельных слоях поглощающие элементы, например порошок карбонильного железа и дискретные углеродные волокна, концентрация которых возрастает в направлении от наружного слоя к металлу позволяют обеспечить минимальное отражение и максимальное поглощение ЭМВ.

Использование изобретения обеспечивает снижение заметности защищаемого объекта в радиолокационном диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ). Производство и использование заявляемого материала не накладывает жестких требований к безопасности персонала и технологическому оборудованию, т.к. все используемые материалы не токсичны.

Использование дискретных углеродных волокон приводит к возникновению в композиционном материале специфических атомно-молекулярных структур, в которых возникают флуктуации диэлектрической проницаемости, приводящие к значительному увеличению рассеивания СВЧ мощности в композиционном материале на основе разности диэлектрической проницаемости.

Использование порошкообразного карбонильного железа приводит к образованию в композиционном материале нерегулярных структур, в которых возникают флюктуации магнитной проницаемости, также приводящие к рассеиванию СВЧ мощности на основе разности магнитной проницаемости.

Использование дискретных углеродных волокон позволяет в разы увеличить поглощающие свойства РПМ. Использование порошкообразного карбонильного железа значительно снижает отражение электромагнитных волн от РПМ.

Использование двухслойного или многослойного поглотителя из тонких слоев композиционных материалов позволяет создать структуры РПМ с поглощением СВЧ мощности - 40 дБ и малой величиной собственного коэффициента отражения в РПМ толщиной несколько миллиметров.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в создании РПМ, который уменьшит мощность отраженного сигнала ЭМИ (отраженной электромагнитной волны от объекта) в направлении облучающего радиолокатора на 10-30 дБ (в зависимости от требуемой величины снижения) по отношению к уровню или мощности сканирующей электромагнитной волны радиолокатора и снижении вероятности обнаружения или классификации объектов, расширении диапазона частот от 5 ГГц до 20 ГГц поглощения ЭМИ и обеспечении достаточности поглощения ЭМИ в диапазоне частот 5-20 ГГц.

Кроме того, использование в конструкции поглотителя пластины из алюмооксидной керамики дополнительно обеспечивает пулестойкость конструкции, что позволяет за счет этой технической характеристики расширить область применения предлагаемого поглотителя, в частности для различной военной техники.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Радиопоглощающий материал, содержащий полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа, отличающийся тем, что в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%:

дискретные углеродные волокна 40-10
порошкообразное карбонильное железо 60-90


при следующем соотношении компонентов, мас.%:

связующее 85-15
наполнитель 15-85

2. Радиопоглощающий материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный слой, состоящий из полимерного связующего и наполнителя, выполненного из порошкообразного карбонильного железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

связующее 80-20
наполнитель 20-80

3. Поглотитель электромагнитных волн, состоящий из диэлектрического и радиопоглощающего материалов и металлической подложки, отличающийся тем, что диэлектрический материал выполнен в виде пластины из алюмооксидной керамики, на внешнюю поверхность которой нанесена полимерная диэлектрическая пленка, за ним расположен радиопоглощающий материал, состоящий из двух слоев, первый слой выполнен из смеси полимерного связующего и наполнителя из порошкообразного карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

связующее 80-20
наполнитель 20-80


а второй слой представляет собой смесь полимерного связующего и наполнителя, состоящего из порошкообразного карбонильного железа и дискретных углеродных волокон в соотношении, мас.%:

дискретные углеродные волокна 40-10
порошкообразное карбонильное железо 60-90


при следующем соотношении компонентов, мас.%:

связующее 85-15
наполнитель 15-85


причем второй слой соединен с металлической подложкой.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2500704

patent-2500704.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C09D5/32 краски, поглощающие излучения 

Класс C08K3/04 углерод

Патенты РФ в классе C08K3/04:
лист, характеризующийся высокой проницаемостью по водяному пару -  патент 2526617 (27.08.2014)
композиция на основе вспениваемых винилароматических полимеров с улучшенной теплоизоляционной способностью, способы ее получения и вспененное изделие, полученное из этой композиции -  патент 2526549 (27.08.2014)
шина, содержащая слой-хранилище антиоксиданта -  патент 2525596 (20.08.2014)
антифрикционный полимерный композиционный материал -  патент 2525492 (20.08.2014)
содержащий древесный уголь пластмассовый упаковочный материал и способ его изготовления -  патент 2525173 (10.08.2014)
способ получения наномодифицированного связующего -  патент 2522884 (20.07.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
композиции гбнк с очень высокими уровнями содержания наполнителей, имеющие превосходную обрабатываемость и устойчивость к агрессивным жидкостям -  патент 2522622 (20.07.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
полимерная композиция для радиаторов охлаждения светоизлучающих диодов (сид) и способ ее получения -  патент 2522573 (20.07.2014)

Класс C08K3/10 соединения металлов

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)
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)
способ получения радиопоглощающего никель-цинкового феррита -  патент 2486645 (27.06.2013)

Наверх