Радиопоглощающее покрытие

Радиопоглощающее покрытие

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для создания экранов, поглощающих электромагнитные волны (далее ЭМВ) в СВЧ диапазоне.

Известно многослойное покрытие для поглощения ЭМВ на основе дисперсных систем в виде порошкообразного феррита или карбонильного железа со связующим, в качестве которого используют синтетический клей “Элатон” на основе латекса (см. патент РФ №2107705, 1998, С 09 D 5/32). Такое покрытие обеспечивает ослабление энергии ЭМВ на 7-18 дБ в СВЧ диапазоне при толщине покрытия порядка 1 мм. Недостатком такого покрытия является сложность обеспечения равномерности заданных свойств покрытия в процессе его нанесения на поверхности защищаемого оборудования, имеющие различную геометрическую форму и различным образом ориентированные в пространстве. Для устранения этого недостатка пригодится выполнять покрытие многослойным с дистанционным контролем отражающих свойств покрытий на объектах после нанесения каждого слоя (см. патент РФ №2155420, 2000, С 09 D 5/32). Применение такой технологии связано с использованием сложного оборудования и с существенным усложнением процесса изготовления покрытия.

Известно покрытие для поглощения электромагнитных волн, выполненное в виде плоского слоя диэлектрического материала (жидкого стекла) толщиной 1-2 мм из хаотически распределенных в количестве 6,8% об. отрезков нитей длиной 2-5 мм из углеродного волокна “углен”, перпендикулярно ему расположены с плотностью 6,8-8,5% об. нити длиной 15-18 мм из углеродных волокон “углен” и нити длиной 20 мм из диэлектрического материала (см. SU 1790795 A3, Н 01 Q 17/00, 1990). Изготовление такого покрытия сопряжено со сложной подготовкой исходных компонентов - нитей заданной длины для каждого слоя, а также с необходимостью в процессе изготовления покрытия обеспечить строгую ориентацию нитей в слое покрытия.

Известно покрытие для поглощения ЭМВ, выполненное в виде трех слоев, из которых внешний и внутренний слои выполнены из диэлектрических материалов с диэлектрической проницаемостью 1,2-1,4 и толщиной 0,5-1 мм и 0,15-0,25 мм соответственно, а между ними расположен слой из электропроводящего материала с удельным сопротивлением 0,1-15 Ом·см и толщиной 0,5 мм (см. SU 1786567 А1, Н 01 Q 17/00, 1993). Недостатком покрытия является достаточно узкий диапазон поглощения ЭМВ.

Известно покрытие для поглощения излучения радаров, которое изложено в патенте США №5661484, кл. H 01 Q 17/00, 1996. Согласно этому патенту поглощающее покрытие содержит электропроводные не магнитные прямолинейные волокна первого типа, длина, диаметр и объем которых подобраны для получения первой диэлектрической проницаемости, электропроводные немагнитные прямолинейные волокна второго типа, длина, диаметр и объем которых подобраны для получения второй диэлектрической проницаемости, и диэлектрическое связующее вещество с относительно низкими диэлектрическими потерями для связывания волокон первого и второго типов в единый материал таким образом, что волокна первого и второго типов произвольно ориентированы и равномерно распределены в объеме связующего вещества в одном слое. Такой поглощающий материал имеет комплексную диэлектрическую проницаемость, что позволяет материалу поглощать ЭМВ в широком диапазоне. Волокна первого типа выполняются из графита марки Т300 или AS-4 с малым диаметром и обладают относительно высоким электрическим сопротивлением. Волокна второго типа изготовлены из металлов - нержавеющей стали, Ni, Сu и покрыты графитом. В качестве диэлектрического материала используют резину или полимеры. Недостатками покрытия являются сложность технологии его получения и высокая стоимость.

Известен текстильный материал, ослабляющий отражение сигналов радара, представляющий собой размещенную между двумя слоями полимера ткань, полости между нитями ткани заполнены материалом, ослабляющим отражение ЭМВ (см. патент США №5817583, В 32 В 7/00, 1994), который является наиболее близким к предлагаемому. В качестве материала, ослабляющего отражение ЭМВ, может быть использованы гранулы углерода, углеродное волокно с малой длиной волокон, карбонильное железо, ферриты, металлизированные микросферы. Для усиления эффективности покрытия полимеры также могут содержать компоненты, ослабляющие отражение ЭМВ. Достоинством покрытия является то, что текстильная основа позволяет наносить его на оборудование различной формы. Недостатком такого покрытия является сложность изготовления такого покрытия из-за сложности обеспечения надежного сцепления между поглощающим слоем покрытия и слоями полимерного покрытия.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности поглощения ЭМВ в относительно широком диапазоне, а также достижение более равномерных характеристик поглощения ЭМВ при облучении радаром объектов различной формы. Кроме того, ставится задача использования материалов, которые обеспечили бы простоту изготовления покрытий и стабильность его характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что покрытие для поглощения ЭМВ сформировано в виде слоя на основе ткани, размещенного между наружным и внутренним слоями из диэлектрических материалов, причем тканевый слой по толщине сформирован из нескольких полотен текстильного материала из синтетических нитей с покрытием из углерода с удельным электрическим сопротивлением нити от 4 до 6 кОм/см, соседние полотна соединены между собой прослойками заданной толщины на основе диэлектрического связующего вещества, наружный слой выполнен из резины, а внутренний слой выполнен из диэлектрического связующего вещества, содержащего гранулированный материал, ослабляющий отражение ЭМВ в количестве от 5 до 25% об.

В частном варианте выполнения изобретения диэлектрическое связующее вещество между полотнами текстильного материала содержит ослабляющий отражение ЭМВ гранулированный материал в количестве от 5 до 25% об.

В другом частном варианте выполнения изобретения в качестве гранулированного материала используют гранулы углерода, карбонильного железа, ферритов, металлизированные микросферы и микросферы на основе фенола.

Технический результат, достигаемый с помощью заявляемого изобретения, состоит в том, что при использовании экспериментально найденного авторами сочетания свойств покрытия удается повысить эффективность радиопоглощающего покрытия градиентного типа за счет параллельного протекания в покрытии процессов интерференционного поглощения энергии ЭМВ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показано поперечное сечение заявляемого покрытия.

Покрытие состоит (см. чертеж) из наружного (1) и внутреннего (2) слоев, нескольких (на чертеже показано два) полотен (3) текстильного материала из синтетических нитей с покрытием из углерода, слоев (4) диэлектрического связующего вещества, соединяющего между собой полотна (3), наружный (1) и внутренний (2) слои в единое покрытие для поглощения ЭМВ. Наружный слой (1) покрытия выполнен из резины, которая содержит в своем составе от 25 до 49% мас. углерода, например из резины марки МБС или ТМКЩ. Толщина слоя (1) задается в пределах от 1 до 3 мм для обеспечения согласования диэлектрических свойств поглощающих слоев покрытия и свободного пространства. Внутренний слой (2) покрытия формируется с использованием диэлектрического связующего вещества, в качестве которого используются, например, синтетические эластомеры на основе синтетических каучуков и их производных (см. Дж.Шилдз. Клеящие материалы. М.: Машиностроение, 1980, стр.35-36, стр.77-231). Внутренний слой (2) покрытия наносится на металлическую основу (5), которая является или непосредственно поверхностью защищаемого объекта, или металлической фольгой (фольга используется в случае драпировки объекта полотнами из защитного покрытия).

В объеме внутреннего слоя (2) содержится от 5 до 25% об. гранул (6), ослабляющих отражение ЭМВ. Формирование необходимой толщины внутреннего слоя (2) проводят в соответствии с описанным ниже процессом изготовления и нанесения покрытия на поверхность защищаемого оборудования. В составе слоев (4) диэлектрического связующего вещества может быть введено от 5 до 25% об. гранул (7), ослабляющих отражение ЭМВ. Материал (5) и (6) используют в виде гранул углерода, карбонильного железа, ферритов, металлизированных микросфер, а также микросфер на основе фенола, состав и оптимальные параметры которых подбирают или рассчитывают, исходя из конкретных условий использования покрытия.

Нанесение покрытия непосредственно на поверхность защищаемого объекта состоит из следующих основных операций: А) подготовка металлической поверхности (5), Б) формирование внутреннего слоя (2) покрытия заданной толщины с использованием смеси диэлектрического связующего вещества и одного или нескольких описанных выше гранулированных материалов; В) приклеивание к внутреннему слою (2) покрытия первого полотна текстильного материала (3); Г) нанесение на первое полотно текстильного материала слоя (4) диэлектрического связующего вещества (вещество также может содержать гранулированный материал в указанном выше количестве) и приклеивание второго полотна (3); Д) приклеивание на второе полотно наружного слоя (1) из резины. В случае, если защита объекта поглощающим ЭМВ покрытием проводится путем драпировки, изготовление покрытия проводится в обратной последовательности, а на внутренний слой (2) покрытия дополнительно приклеивается металлическая фольга.

Исследования показали, что предложенное покрытие имеет уровень отражения энергии ЭМВ в пределах 5-10% по мощности в диапазоне 8-12 ГГц. Минимальный коэффициент отражения на частоте 10 ГГц достигает 19 дБ.

Энергия ЭМВ, падающая на объект с заявляемым покрытием, поглощается в значительной мере в нитях, из которых состоят полотна (3) текстильного материала, и в гранулах (6) и (7). Часть энергии ЭМВ поглощается при обратном ходе отраженных ЭМВ гранулами (6) и (7) и нитями полотен (3). Кроме того, наличие наружного (1), внутреннего (2) и (4) слоев заданной толщины позволяет дополнительно использовать интерференционный механизм поглощения энергии ЭМВ, отразившейся от полотен (3) и металлической поверхности (5) защищаемого оборудования в широком диапазоне длин волн.

Таким образом, заявляемое покрытие позволяет обеспечить высокую поглощающую способность в достаточно широком диапазоне частот 8-12 ГГц и требуемый уровень понижения отраженной мощности от поверхности защищаемого оборудования. Кроме того, заявляемое покрытие позволяет существенно упростить процессы нанесения покрытий на оборудование сложной формы за счет его эластичности, простоты раскроя и соединения кусков заданной конфигурации и возможности использования различных вариантов размещения покрытий относительно защищаемых металлических поверхностей: приклейка, драпировка, привязка и другие. Кроме того, использование широких полотен текстильного материала и резины, а также простых связующих веществ для формирования внутреннего и промежуточных диэлектрических слоев позволяет обеспечить высокую стабильность характеристик поглощающего покрытия.

1. Покрытие для поглощения ЭМВ, сформированное в виде слоя на основе ткани, размещенного между наружным и внутренним слоями из диэлектрических материалов, причем тканевый слой по толщине сформирован из нескольких полотен текстильного материала из синтетических нитей с покрытием из углерода с удельным электрическим сопротивлением нити от 4 до 6 кОм/см, соседние полотна соединены между собой прослойками заданной толщины на основе диэлектрического связующего вещества, наружный слой выполнен из резины, а внутренний слой выполнен из диэлектрического связующего вещества, содержащего гранулированный материал в количестве от 5 до 25% об.

2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что диэлектрическое связующее вещество между полотнами текстильного материала содержит ослабляющий отражение ЭМВ гранулированный материал в количестве от 5 до 25% об.

3. Покрытие по п.2, отличающееся тем, что в качестве гранулированного материала используют гранулы углерода, карбонильного железа, ферритов, металлизированные микросферы и микросферы на основе фенола.