Способ получения радиопоглощающих покрытий

Способ получения радиопоглощающих покрытий

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к материалам, поглощающим радиоизлучение, и предназначено для применения в виде покрытия, которое наносится на изделие исследовательского, медицинского, бытового и др. назначения.

Известны различные способы изготовления материалов и покрытий для поглощения радиоизлучения. По одному из способов [Ю.К.Ковнеристый, И.Ю.Лазарева, А.А.Раваев. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение, M., Наука, 1982 г., стр.85] из графита, керметов и т.п. материалов изготавливают геометрические фигуры (например, цилиндры, конусы) различных размеров и закрепляют их на поверхности в определенном порядке. Недостатком такого способа является большой объем и масса поглощающих устройств. Их обычно применяют для поглощения излучения внутри помещения, закрепляя их на стенках и потолках.

По другому способу [Я.А.Шнейдерман, Зарубежная радиоэлектроника, 1972, №7, 1975, №3] вначале изготавливают тканные или пленочные материалы с использованием металлической сетки и закрепляют материал на поверхности. Этот способ применяется, в основном, для экранирования каких-либо поверхностей и для защиты биологических объектов. Недостатком этого способа является большая доля отраженного излучения.

Известен также способ [Ю.К.Ковнеристый, И.Ю.Лазарева, А.А.Раваев. Материалы, поглощающие СВЧ-излучение, М., Наука, 1982 г., стр.46, 88], по которому в жидкое полимерное связующее или его раствор вводят дисперсный поглощающий наполнитель (графит, феррит, сегнетоэлектрики, металлические сплавы типа "альсифер" т.п.), а затем полученный жидкий материал наносят на защищаемую металлическую поверхность.

Наиболее близким к предлагаемому способу и принятому в качестве прототипа является способ, при котором получают сначала жидкий материал при смешивании связующего (синтетического или природного) и порошкообразного наполнителя, который затем наносят на защищаемую поверхность в несколько слоев с промежуточной сушкой между слоями, причем по крайней мере в один из слоев перед сушкой помещают различные кольца из электропроводящего материала (патент РФ №2200177 от 07.08.2001 г.).

Недостатком указанного способа получения радиопоглощающего покрытия является невозможность регулирования радиопоглощения в процессе эксплуатации. В то же время иногда в связи со сменой внешних условий (изменение местоположения объекта, смена времени года) необходимо изменить частично или полностью радиопоглощение покрытия. Если покрытие применяется в виде накидки, то ее приходится менять, а если покрытие нанесено непосредственно на объект, то его приходится заново покрывать радиопоглощающим покрытием. В противном случае отличие объекта от местности его демаскирует.

Смена накидки или новое покрытие связано с высокой трудоемкостью и временными потерями.

Предлагаемое изобретение направлено на получение радиопоглощающего покрытия, которое имело бы не только достаточно высокое радиопоглощение при толщинах менее 1 мм в широком диапазоне длин волн, но радиопоглощение, которое можно было бы изменять при необходимости как в целом, так и в отдельных его частях.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения радиопоглощающего покрытия, заключающемся в нанесении радиопоглощающего материала на защищаемую поверхность в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого слоя и помещением в один из слоев разрезных колец из электропроводящего материала, по крайней мере один из слоев радиопоглощающего покрытия изготавливают из композиционного материала с ферромагнитными свойствами, а само покрытие обрабатывают в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости покрытия.

При падении плоской однородной электромагнитной волны на плоскость с бесконечной проводимостью σ происходит полное отражение электромагнитной волны и величины и , соответствующие стоячей волне, принимают следующие значения [В.В.Никольский, Т.И.Никольский. Электродинамика и распространение радиоволн. М., Наука, 1989, с.165]:

где - вектор напряженности электрического поля;

- вектор напряженности магнитного поля;

W₁ - волновое сопротивление среды, из которой электромагнитное излучение падает на металлическую поверхность;

- коэффициент;

n₁ - коэффициент преломления среды;

ω - круговая частота электромагнитной волны;

с - скорость света.

На границе раздела среда-металл (z=0) амплитуда магнитного поля удваивается и ток распределен с плотностью.

где - вектор плотности тока.

При нормальном падении плоской электромагнитной волны на слой магнитодиэлектрика (поглотителя электромагнитных волн) толщиной d относительное входное сопротивление вычисляется из выражения [Г.Ф.Алимин, В.А.Торгованов. Методы расчета поглотителя электромагнитных волн. Зарубежная электроника, 1976, №8, с.64.]

где волновое сопротивление свободного пространства,

волновое сопротивление магнитодиэлектрика:

Относительное входное сопротивление слоя магнитодиэлектрика W₂/W₁, если толщина слоя d очень мала

то имеет место следующее приближенное равенство:

тогда

где μ', μ" - составляющие комплексного значения магнитной проницаемости μ₂ магнитодиэлектрика;

ε₁, ε₂ - значения диэлектрической проницаемости среды, из которой падает электромагнитное излучение, и магнитодиэлектрика, соответственно.

Т.к. электрическое поле сосредоточено вблизи металлической поверхности, диэлектрическая проницаемость ε₂ очень тонкого слоя поглотителя, нанесенного на металлическую поверхность, не играет никакой роли, поэтому в выражении (1) содержится только магнитная проницаемость. Т.о. при падении плоской электромагнитной волны на тонкий слой поглотителя (магнитодиэлектрика), нанесенного на металлическую поверхность, слой может обладать одновременно электрическими и магнитными потерями или только магнитными потерями.

При полном поглощении коэффициент отражения R=0, а для волновых сопротивлений должно выполняться равенство W₁=W₂.

При этом из (1) следует:

Отсюда:

Т.о. для эффективного поглощения тонким магнитодиэлектрическим слоем (поглотителем) на металлической поверхности необходимо, чтобы слой имел высокие значения μ". Поскольку условие W₁=W₂ трудно осуществить для широкого диапазона, то в любом случае часть электромагнитной энергии отразится от поглотителя, а часть пройдет до металла и отразится от него. Вектор магнитной составляющей, амплитуда которого удваивается, может эффективно поглотить в широком диапазоне частот. Только тогда, когда вектор намагниченности лежит в плоскости поглотителя.

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа. Изготавливают 3 образца поглощающего материала. На металлическую пластину из сплава D16AT размерами 200×200 мм² наносят поглощающее покрытие толщиной 0.5 мм с соотношением по объему (наполнитель:связующее) 1:1. В качестве связующего поглощающего покрытия взяли поливинилбутираль, а в качестве наполнителя - нанопорошок из магнитного сплава НК-29 (состава: Ni - 29,13%; Со - 17,51%; Fe - остальное). Далее производят сушку при температуре 25°С. На поверхности покрытия размещают константановые кольца диаметром 10 мм. После этого наносят еще один слой поглощающего покрытия того же состава толщиной 0.5 мм и производят сушку при температуре 25°С.

Один образец обрабатывают в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости покрытия. Второй образец обрабатывают в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит перпендикулярно плоскости покрытия. Третий образец берут исходный. Затем проводят измерения поглощения образцов в открытом пространстве с разнесенным генератором и приемником. Результаты измерения для различных образцов сведены в табл.1.

Из таблицы 1 следует, что обработка образца покрытия в поле постоянного магнита так, чтобы вектор напряженности магнитного поля находился в плоскости образца (обр.1), приводит к тому, что уровень поглощения почти на всех измеряемых длинах волн повышается на 25-50%, по сравнению с необработанными покрытиями (обр.3). Обработка покрытия в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит перпендикулярно поверхности покрытия (обр.2), не меняет уровня поглощения на всех длинах волн.

Таблица 1
№ обр	Описание образца	Длина волны падающего излучения	Поглощение излучения образцом, дБ
1.	Поглощающее на основе	3,0	15,0
	нанопорошка, полученного из	3,53	15,0
	сплава НК-29, толщиной 1,0 мм	4,0	25,0
	с кольцами диаметром 10 мм из	7,5	25,0
	константановой проволоки.	10,0	20,0
	Покрытие нанесено на подложку из сплава D16AT размерами 200×200 мм2 и обработали в постоянном магнитном поле так, что вектор напряженности магнитного поля лежал в плоскости покрытия.	12,0	10,0
2.	Поглощающее на основе	3,0	10,0
	нанопорошка, полученного из	3,53	10,0
	сплава НК-29, толщиной 1,0 мм	4,0	25,0
	с кольцами диаметром 10 мм из	7,5	20,0
	константановой проволоки.	10,0	15,0
	Покрытие нанесено на подложку из сплава D16AT размерами 200×200 мм2 и обработали в постоянном магнитном поле так, что вектор напряженности магнитного поля лежал перпендикулярно плоскости покрытия.	12,0	10,0
3.	Поглощающее композитного	3,0	10,0
	покрытия на основе	3,53	10,0
	нанопорошка, полученного из	4,0	25,0
	сплава НК-29, толщиной 1,0 мм с	7,5	20,0
	кольцами диаметром 10 мм из	10,0	15,0
	константановой проволоки. Покрытие нанесено на подложку из сплава D16AT размерами 200×200 мм2.	12,0	10,0

Способ получения радиопоглощающего покрытия, заключающийся в нанесении радиопоглощающего материала на защищаемую поверхность в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого слоя и помещением в один из слоев разрезных колец из электропроводящего материала, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из слоев радиопоглощающего покрытия изготавливают из композиционного материала с ферромагнитными свойствами, а сам слой обрабатывают в поле постоянного магнита так, что вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости покрытия.