РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (1087875), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Различие между собственно материалами (РПМ) и покрытиями (РПП) до некоторой степени условно и предполагает, что первые входят в состав конструкции объекта, а вторые - как правило, наносятся на его поверхности. Условность разделения связана и с тем обстоятельством, что любой радиопоглощающий материал является не только материалом, но микроволновым устройством-поглотителем. Способность материала поглощать высокочастотное излучение зависит от его состава и структуры. РПМ и РПП не обеспечивают поглощения излучения любой частоты, напротив, материал определенного состава характеризуется лучшей поглощающей способностью при определенных частотах. Не существует универсального поглощающего материала, приспособленного для поглощения излучения РЛС во всем частотном диапазоне.

Существует распространенное заблуждение относительно того, что в результате применения РПМ объект становится невидимым для локаторов. В действительности, применение радиопоглощающего материала способно лишь существенно снизить ЭПР объекта в конкретном диапазоне частот РЛС, что, однако не обеспечивает полную «невидимость» объекта при иных частотах излучения. РПМ являются слагаемым обеспечения низкой заметности объекта, среди которых: конфигурация объекта; конструктивно-компоновочные решения; широкое применение композиционных материалов и т.п.

Классификация типов РПМ и РПП достаточно условна. Здесь представлена классификация, употребительная, главным образом, в Англии и США.

Существует, по меньшей мере три типа РПМ : резонансные (интерференционные), нерезонансные магнитные и нерезонансные диэлектрические материалы. Резонансными (интерференционными) или частотно-настроенными РПМ обеспечивается частичная или полная нейтрализация излучения, отраженного от поверхности поглотителя, его частью, прошедшей вглубь материала, отраженной от защищаемой поверхности, и , прошедшей наружу. Эффект нейтрализации значителен при толщине поглотителя, равной одной четверти длины волны излучения. В этом случае, отраженная поверхностью поглотителя волна находятся «в противофазе» с волной, прошедшей через поглотитель дважды - в прямом и обратном направлении.

Резонансные материалы наносятся на отражающие поверхности объекта маскировки. Толщина РПМ соответствует четверти длины волны излучения РЛС. Падающая энергия высокочастотного излучения отражается от внешней и внутренней поверхностей РПМ с образованием интерференционной картины нейтрализации исходной волны. В результате происходит подавление падающего излучения. Отклонение ожидаемой частоты излучения от расчётной приводит к ухудшению характеристик поглощения, поэтому данный тип РПМ эффективен при маскировке от излучения РЛС, работающей на стандартной, неизменяемой моночастоте.

Нерезонансные магнитные РПМ содержат частицы феррита, распределенные в эпоксидном пластике или в покрытии. Поскольку нерезонансные магнитные РПМ рассеивают энергию высокочастотного излучения по большой поверхности, результатом является тривиальное повышение ее температуры. Основное преимущество нерезонансных магнитных РПМ состоит в их широкополосности – эффективности поглощения излучения в широком диапазоне частот. Напротив, эффективность резонансных РПМ ограничена узким диапазоном расчётных частот излучения.

Нерезонансные объёмные РПМ обычно используются в виде относительно толстых слоев, поглощающих большую часть подводимой энергии до подхода и возможного отражения волны от металлической задней пластины. Принцип работы основан на использовании как диэлектрических, так и магнитных потерь, последнее - за счет добавления соединений феррита. В некоторых случаях используется введение графита или сажи в пенополиуретановую матрицу.

Тонкие покрытия, полученные из диэлектриков и проводников, являются узкополосными, поэтому в тех случаях, когда добавленная масса и стоимость не являются критичными, используются магнитные материалы как в резонансных РПМ, так и в нерезонансных РПМ.

Градиентные РПМ — многослойные структуры с плавным или ступенчатым изменением по толщине комплексной диэлектрической (или магнитной) проницаемости, увеличение тангенса угла диэлектрических потерь стремятся обеспечить в направлении к задней поверхности. Этот тип РПМ технологически сложен в изготовлении.

Одним из наиболее известных типов РПП является покрытие "iron ball paint", содержащее микросферы карбонильного железа или феррита. Покрытие способно поглощать радиоволны в определенном диапазоне частот РЛС. При облучении радиоволнами, содержащиеся в покрытии молекулы феррита под действием переменного магнитного поля приходят в колебательное движение, преобразуя энергию высокочастотного излучения в тепло.

Другой тип РПМ, работающий на аналогичном принципе магнитных потерь, выполнен в виде листов каучука, наполнителем которого являются зерна феррита или частицы графита (содержащими около 30% кристаллического углерода), распределенные в полимерной матрице. Плитки такого материала устанавливались на первых модификациях самолёта F-117A.

16.2 РПМ на основе диэлектрических потерь

Тип РПМ, представляющих собой чередование диэлектрических и проводящих слоев. Уменьшение уровня отражённого сигнала достигается за счёт противофазного сложения волн, отразившихся от металлической поверхности объекта, диэлектрических прослоек и электропроводящих слоев.

Стелс (stealthy — незаметный, тайный) - технология снижения заметности. Является разделом военно-научной дисциплины «электронные средства противодействия», охватывающим диапазон техники и технологии изготовления летательных аппаратов (ЛА), военных кораблей и ракет с целью снижения их заметности в радиолокационном, инфракрасном и других областях спектра обнаружения. Применительно к авиации стелс-технологии — комплекс методов маскировки боевых самолётов посредством специально разработанных РПП и конструкций, позволяющих уменьшать отражение электромагнитных волн и за счет этого проникать незамеченным в воздушное пространство противника. Поверхность самолёта собирают из нескольких тысяч плоских треугольников специального волнопоглощающего материала. Но так как добиться полного поглощения волн независимо от угла падения технологически практически невозможно, главной целью является отражение волн таким образом, чтобы отражённый сигнал не вернулся в точку, откуда он пришёл (к радиолокационной станции противника).

РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ, неметаллич. материалы, обеспечивающие поглощение или пропускание электромагн. излучения радиочастотного диапазона (10⁵ — 10¹² Гц) при миним. его отражении. Распространяясь в объеме этих материалов, электромагн. излучение (ЭМИ) создает переменное электрич. поле, энергия к-рого преобразуется в тепловую энергию практически полностью-в радиопоглощающих и минимально-в радиопрозрачных материалах.

Радиопоглощающие материалы. В радиопоглощающих материалах и конструкциях наряду с диэлектрич. и магн. потерями имеют место дисперсия, дифракция, интерференция и полное внутр. отражение радиоволн, вызывающие дополнит. ослабление энергии ЭМИ вследствие рэлеевского рассеяния, сложения волн в противофазе и др. Изделия из таких материалов поглощают потоки электромагн. энергии плотн. 0,1-8,0 Вт/см²; интервал рабочих т-р — 60 — 1300°С; уровень отраженного излучения 0,001-5%.

Основу радиопоглощающих материалов составляют орг. или неорг. (гл. обр. оксиды и нитриды) в-ва, в к-рые в качестве активной поглощающей компоненты вводят порошки графита, металлов и их карбидов.

Градиентные радиопоглощающие материалы характеризуются многослойной структурой, обеспечивающей заданное изменение диэлектрич. проницаемости в толще материала. Наружный слой изготовляют из твердогс диэлектрика с диэлектрич. проницаемостью е, близкой к 1 (напр., из фенольного пластика, упрочненного кварцевым стекловолокном), последующие - из диэлектриков с более высокой e (напр., эпоксидной смолы с e 5 или той же смолы с наполнителем с e 25) и порошка поглотителя (напр., графитовой пыли). Описанная структура способствует миним. отражению радиоволн от пов-сти и увеличению их поглощения по мере проникновения в глубь материала.

Интерференц. радиопоглощающие материалы обычно состоят из подложки и чередующихся диэлектрич. и проводящих слоев. В качестве подложки используют металлич. пластину или неметаллич. материал с e 100 и тангенсом угла диэлектрич. потерь tgd, близким к 1. Диэлектрич. слой, являющийся связующим, содержит в себе поглотитель (напр., оксиды Fe), проводящий слой-металлизир. волокна Такая структура обеспечивает сдвиг фазы отраженной в материале волны почти на 180° и ее гашение.

Рассеивающие радиопоглощающие материалы обеспечивают многократное отражение и рассеяние волн. Изделия из них-чаще всего полые пирамидальные конструкции из пенополистирола, внутр. стенки к-рых покрыты графитом, или трубы из стеклопластиков, покрытые снаружи слоем SiC.

Керамич. материалы представляют собой, как правило, плотноспеченные материалы из оксидов металлов с низким электрич. сопротивлением [напр., Ti₃O₄ и (AlTi)₂O₃] или оксидов и нитридов В и А1 с добавкой металлов (W, Mo, Ti, Zr, Hf) или их карбидов. Обладают высокими теплопроводностью, мех. прочностью и термостойкостью. Для экранирования от радиоизлучений высокой интенсивности изготовляют многослойные материалы из микросфер оксида А1 и титаната Ва, соединенных между собой алюмофосфатным цементом. К группе керамич. материалов относят также плотный пиролитич. углерод.

Ферритовые материалы, отличающиеся большими магн. потерями, характеризуются высокой поглощающей способностью, что позволяет использовать их в виде облегченных элементов, напр. тонкослойных (до 0,2 мм) покрытий из FeO·Fe₂O₃ или МnО·Fe₂ O₃ с эпоксидным связующим, или плиток, смонтированных на металлич. листе и защищенных стеклотканью или слоем пластмассы.

Радиопоглощающие материалы применяют в виде покрытий металлич. пов-стей самолетов, танков, ракет и кораблей с целью их радиолокац. маскировки, для защиты людей от воздействия радиоизлучений высокой интенсивности, создания радиогерметич. безэховых испытат. камер, поглотителей энергии в электронных приборах, обеспечения радиосовместимости частей аппаратуры.

Разработаны различного рода поглощающие, согласующие и просветляющие покрытий, работающих в радио-, оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн.

К ним, в частности, относятся радиопоглощающие покрытия, обеспечивающие малую заметность радиолокационных целей, тонкие радиопрозрачные обтекатели для антенн, согласующие покрытия, “просветляющие” линзовые покрытия.

Для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем и их отдельных узлов оказывается целесообразным использовать различного рода поглощающие экраны, в том числе с избирательным поглощением, вставки, пространственные фильтры, характеристики которых также могут быть оптимизированы на основе неоднородных структур.

Увеличение интенсивности фона радиоизлучения приводит к необходимости защиты от электромагнитного воздействия биологических объектов, электронных и радиотехнических систем различного назначения. Защиту с помощью поглощающих покрытий требуется обеспечивать во всё более широких полосах частот радиодиапазона, при разных углах и секторах падения волн, в различных, зачастую жёстких, условиях эксплуатации.

Для защиты от несанкционированного съёма информации с объектов радиоэлектроники и телекоммуникаций проводится разработка радиопоглощающих покрытий, для которых также эффективным оказывается применение неоднородных материалов.

Определение электродинамических параметров неоднородных материалов и структур по заданным требованиям к их характеристикам, распределение эффективных значений проницаемостей по толщине плоского слоя покрытия с учётом возможности их принципиальной физической реализации и технологической реализуемости, определение оптимальных физически реализуемых частотных зависимостей проницаемостей составляют задачу разработки и оптимизации просветляющих и поглощающих покрытий.

Большинство задач по определению параметров неоднородных сред и структур на основе

заданных или измеренных характеристик отражения, поглощения и прохождения электромагнитных волн являются обратными. В них требуется найти распределения комплексной диэлектрической и магнитной проницаемостей по объёму неоднородной среды и, в некоторых случаях, физически реализуемые частотные зависимости проницаемостей.

В основном, эти задачи оказываются некорректно поставленными. Современная теория решения некорректно поставленных задач, в основе которой лежит понятие регуляризующего алгоритма, была основана на работах академика А.Н. Тихонова [1-3].

Для построения устойчивых решений некорректно поставленных задач обычно используется априорная информация об искомом решении. Если удаётся выделить множество допустимых решений в виде конечно-параметрического семейства, то для поиска приближённого решения задачи используются методы минимизации функционалов в многомерных пространствах. В случаях, если провести параметризацию решений не удаётся, однако, известно, что решение является монотонной или выпуклой функцией, то и этой информации оказывается достаточно для построения регуляризующего алгоритма.

Как показано в настоящей работе, большинство задач по определению параметров неоднородных сред допускают вышеупомянутую параметризацию решений, и они превращаются в задачи поиска экстремума функций со многими переменными.

Определение оптимальных по различным критериям параметров неоднородных сред и материалов для создания искусственных диэлектриков и магнитодиэлектриков приводит к необходимости решения более сложных задач, чем описанные – задач с ограничениями.

Ограничения появляются:

- при необходимости учёта физической реализуемости полученных решений;

Характеристики

Список файлов книги