Поглотитель электромагнитных волн

Поглотитель электромагнитных волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам для поглощения электромагнитных волн, и может быть применено в составе авиакосмической техники для поглощения электромагнитных волн, например отраженных от металлических элементов конструкции (для исключения искажений диаграммы направленности спутниковых антенн, вызываемых отраженным сигналом).

В процессе эксплуатации широкополосных антенн связи в составе КА происходит отражение сигнала от металлических элементов конструкции КА, наложение отраженного сигнала на основной и, соответственно, недопустимое искажение сигнала связи. Для устранения помех от отраженного сигнала необходимо экранировать радиоотражающие элементы конструкции радиопоглощающим материалом. К такому экрану предъявляются следующие требования:

1. Снижение уровня мощности отраженного сигнала не менее чем на 4 дБ в широком диапазоне длин волн (от метрового до миллиметрового диапазона).

2. Отсутствие в его составе ферромагнитных материалов, приводящих к искажению диаграммы направленности антенн.

3. Минимальная масса.

4. Минимальная толщина.

5. Технологичность изготовления.

Кроме того, при эксплуатации в составе КА на указанный экран воздействует гамма-излучение, потоки электронов и протонов радиационных поясов Земли (РПЗ). Поэтому материалы экрана-поглотителя должны быть радиационностойкими.

Известно радиопоглощающее устройство (Россия, заявка на патент №94036643), содержащее гибкую опору в виде сетки, в которую вплетены ленты из полимерного пленочного электропроводного материала.

Основными недостатками данного аналога являются недостаточное радиопоглощение в длинноволновой области и значительная удельная масса.

Известен поглотитель электромагнитных волн (заявка на патент России №97120390), представляющий собой слой радиопоглощающего материала, размещенного на отражающем основании в виде пилообразного профиля, где геометрические параметры профиля зависят от длины волны поглощаемого излучения.

Основными недостатками данного аналога являются большая масса и геометрические размеры, сложность изготовления.

Наиболее близким по технической сущности является "Экран-гаситель локационных лучей электромагнитной номинации", патент России №2093935. Изобретение относится к маскировочным покрытиям военной техники, в том числе специальных спутников Земли. Экран-гаситель выполнен в виде сотовой структуры соединенных между собой ячеек - шестигранных правильных усеченных пирамид, заканчивающихся пустотелым параболоидом вращения. Гашение излучения обеспечивается соотношением размеров основания пирамиды с общей глубиной ячеек, толщиной и углом наклона клинообразных стенок ячеек. Указанный патент принят в качестве прототипа.

Основные недостатки прототипа:

- экран-гаситель выполнен в виде отдельного дополнительного блока, присоединяемого к поверхности объекта, т.е. увеличивает габариты и массу объекта;

- указанная конструкция экрана не может быть выполнена достаточно легкой и малогабаритной;

- сложный профиль конструкции трудоемок в изготовлении;

- из-за сложности профиля экран-гаситель не может быть выполнен гибким - для экранировки криволинейных поверхностей необходимо изготавливать экран строго определенной формы, повторяющей форму поверхности.

Целью настоящего изобретения является исключение указанных недостатков поглотителя электромагнитных волн и улучшение технологичности его изготовления.

Технический результат достигается тем, что

сотовая структура выполнена в виде пакета из полых тонкостенных призм из материала, не отражающего радиоизлучение, например на основе стеклоткани, с электропроводным немагнитным покрытием на стенках, причем верхние и нижние торцы призм расположены в параллельных плоскостях

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено поперечное сечение поглотителя в одном из вариантов исполнения. Он включает сотовую структуру 1 с нанесенным на ее стенки электропроводным немагнитным покрытием 2 (см. фиг.2).

Сотовая структура может быть выполнена из полимерного или композиционного материала (например стеклопластика, полимерной бумаги и т.п.), не отражающего радиоизлучение, с толщиной стенок менее 1 мм, в виде призм (например - шестигранных), см. фиг.3. При этом высота призм может быть различной (см. фиг.1 и 4), но верхние и нижние торцы призм располагаются в параллельных плоскостях.

Электропроводное покрытие 2 выполнено из любого немагнитного радиационностойкого электропроводного материала, например нихрома. Электрическое сопротивление покрытия 2 выбирается в диапазоне от 10 до 10000 Ом на квадрат поверхности, в зависимости от размеров ячеек сотовой структуры, рабочего диапазона частот поглощаемого излучения и т.п. При этом покрытие может иметь градиент толщины (или электросопротивления) по высоте призм - ячеек сотовой структуры. В этом случае рабочая поверхность (обращенная к источнику излучения) структуры 1 имеет меньшую толщину (большее электросопротивление) покрытия 2.

Поглотитель может устанавливаться между источником излучения и экранируемой поверхностью в виде отдельного слоя (фиг.1, 4), либо может быть использован в составе многослойной конструкции, где поглотитель (фиг.1) жестко крепится между параллельными листами материала, не отражающего радиоизлучение. В последнем случае поглотитель может дополнительно выполнять роль опорного конструкционного элемента для закрепления на нем антенн и других элементов конструкции космического аппарата (или другого объекта техники); поглотитель может применяться в виде пакета из сотовых структур с различной высотой и шириной ячеек, с различной величиной электросопротивления электропроводного покрытия, что расширяет диапазон частот поглощаемого излучения.

В процессе эксплуатации падающее электромагнитное излучение частично поглощается, проходя через сотовую структуру 1 с покрытием 2, отражается от экранируемой поверхности и вновь частично поглощается, повторно проходя через сотовую структуру 1.

При этом благодаря выполнению сотовой структуры в виде пакета из полых тонкостенных призм достигается максимальная прочность при минимальной массе и обеспечивается достаточно развитая поверхность для нанесения электропроводного покрытия 2, повышается технологичность изготовления (структура в виде призм значительно легче в изготовлении, чем в виде пирамид). Кроме того, такая тонкостенная сотовая структура обладает достаточной гибкостью, что позволяет экранировать от электромагнитного излучения как плоские, так и криволинейные поверхности;

благодаря нанесению электропроводного покрытия на стенки ячеек обеспечивается поглощение электромагнитных волн;

благодаря наличию градиента толщины и электросопротивления покрытия по высоте ячеек сотовой структуры (в предпочтительном варианте исполнения), с увеличением сопротивления (уменьшением толщины) покрытия в сторону источника излучения уменьшается отражение электромагнитных волн по направлению к источнику излучения;

благодаря выполнению электропроводного покрытия немагнитным исключается искажение диаграммы направленности антенн, расположенных рядом с поглотителем или на его поверхности;

благодаря расположению торцов призм сотовой структуры в параллельных плоскостях достигается возможность их приклейки либо к экранируемой поверхности, либо к листам - обшивкам в составе многослойной конструкции (что расширяет возможные способы применения поглотителя, в том числе в качестве радиопоглощающей несущей поверхности для антенн, приборов и др. узлов).

В результате совокупности описанных отличительных признаков повышается качество поглотителя и расширяется область его возможного применения при достижении эксплуатационных характеристик, а именно:

- расширяются возможные способы применения широкополосного поглотителя электромагнитного излучения - он может быть использован не только в виде отдельного слоя, но и как несущий радиопоглощающий элемент в составе многослойной конструкции;

- поглотитель может быть закреплен на криволинейных поверхностях;

- снижается удельная масса поглотителя;

- повышается технологичность его изготовления.

На предприятии разработаны и изготовлены опытные образцы поглотителя. Проведенные испытания показали поглощение излучения радиодиапазона на требуемом уровне - от 5 дБ на длинах волн 1-3 м до 6 дБ на длинах волн порядка нескольких мм; высокую механическую прочность поглотителя, высокую стойкость к факторам хранения (воздействие переменных температур и влажности) и эксплуатации (циклическое изменение температуры в вакууме (±150°С), ионизирующее излучение поглощенной дозой до 3×10⁶ Гр). В таблице 1 приведены характеристики образцов поглотителя в предпочтительном исполнении.

Таблица 1.Характеристики поглотителя электромагнитных волн.
Материал основы сотовой структуры	Материал покрытия	Радиопоглощение, дБ	Прочность на разрыв (сжатие) в составе многослойной конструкции, кг/см2	Удельн. масса, кг/м2
стеклоткань	нихром	5-6	65 (48)	3,2
полимерная бумага	нихром	4-5	29 (15)	˜1
Примечание: удельная масса известных поглотителей - аналогов (работающих в близком диапазоне частот): материалы марки "Осока", НПП "Радиострим" - от 25 до 36 кг (5 модификаций); Универсал-Дельта, ООО "МВП Талисман" - 18 или 36 кг.

Из известных авторам патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, сходных с признаками заявляемого объекта.

1. Сверхлегкий широкодиапазонный поглотитель электромагнитных волн, включающий сотовую структуру соединенных между собой ячеек, отличающийся тем, что сотовая структура выполнена в виде пакета из полых тонкостенных призм из материала, не отражающего радиоизлучение, с электропроводным немагнитным покрытием на стенках, причем верхние и нижние торцы призм расположены в параллельных плоскостях.

2. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что электропроводное покрытие выполнено из нихрома.

3. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что электропроводное покрытие выполнено с уменьшением толщины в сторону верхних торцов призм сотовой структуры.

4. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что сотовая структура выполнена в виде пакета из полых шестигранных тонкостенных призм из полимерного материала, например, на основе полимерной бумаги.

5. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что сотовая структура выполнена в виде пакета из полых шестигранных тонкостенных призм на основе стеклоткани.