РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (1087875), страница 31

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

Текст из файла (страница 31)

Форма поверхности поглощающего покрытия призвана обеспечить плавность перехода эффективных значений диэлектрической и магнитной проницаемостей ε_эф и μ_эф от внешней границы к внутренней. Чем меньше отношение λ/L и Λ/λ (см. рис. 5.8), тем лучше согласование. Коэффициент отражения экспоненциально уменьшается с ростом L. Однако за счет отражений от периодических геометрических неоднородностей могут появиться осцилляции зависимости |R| от угла падения 0. Для увеличения количества отражений падающей волны с целью уменьшения |R| во всей зоне углов падения угол при вершине пирамид должен составлять 30. ..90°.

Недостатком поглощающих покрытий является большая масса и значительная толщина. Это особенно существенно для летательных аппаратов.

Для наземных объектов и кораблей требования к снижению их ЭПР обычно менее жестки, поскольку здесь необходима только маскировка объекта под фон окружающей местности.

Иногда одновременно на некотором удалении от маскируемых, целей создаются ложные радиолокационные цели.

В качестве ПРЛП для прикрытия стационарных целей используются наполнители на основе различных резин, пропитанные сажей, иногда в смеси с железными опилками. Подобные покрытия толщиной несколько сантиметров уменьшают отраженную мощность в 20...50 раз.

Здания можно маскировать, покрывая стены пористым бетоном с примесью графита или многослойными материалами, имеющими поры и включения в виде зерен из графита и других материалов различной величины. Размеры зёрен постепенно уменьшаются от 20 до 1 мм.

Кроме перечисленных типов материалов в настоящее время применяются материалы, обладающие анизотропией. В анизотропных средах их свойства (в нашем случае ε и μ) зависят от выбранного направления. В радиотехнике довольно широко используются намагниченные ферриты, анизотропные в СВЧ поле. В случае анизотропной среды вместо соотношения типа следует покоординатная запись:

или в краткой форме:

,

где

носит название тензора магнитной проницаемости.

Анизотропия проявляется в упорядоченности строения, хотя не всякая упорядоченность ведет к анизотропии. Естественными упорядоченными структурами являются кристаллы. В технике нередко искусственно получают макроскопические структуры, подобные кристаллам. Таковы искусственные диэлектрики, применяемые в антенной технике, а

сейчас и в поглощающих структурах. Так, коллинеарные нити магнитодиэлектрика, расположенные на плоскости или на поверхности с большим радиусом кривизны на одинаковом расстоянии друг от друга или на переменном расстоянии, в частности выбранным по случайному закону, хорошо поглощают энергию волны, поляризованной таким образом, что вектор параллелен нитям. Эта же система практически прозрачна при падении на нее волны, вектор которой перпендикулярен осям нитей. Подобные многослойные покрытия, созданные на основе различного рода материалов для различных диапазонов волн, различных объектов, запатентованы в последние годы в США, Японии, Англии, Франции.

В настоящее время разрабатываются и совершенствуются покрытия на основе еще одной анизотропной структуры - намагниченного феррита.

Тензор магнитной проницаемости в системе координат, ось Z которой параллельна

вектору намагниченности, имеет, вид

где

;

,

М₀ - постоянный магнитный момент системы, отнесенный к единице объема;

- гиромагнитное отношение, близкое для ферритов к величине 2,21*10⁵(a/M)^-1с^-1.

Анизотропия намагниченного феррита носит название гиротропии. В этой среде поворачивается плоскость поляризации распространяющихся в ней линейно поляризованных волн. Как диэлектрик такой феррит изотропен.

Такого рода однослойные и особенно многослойные ПРЛП дают возможность получать малые коэффициенты отражения. Ширина частотного диапазона у таких покрытий такая же, как у обычных интерференционных покрытий.

Еще одна разновидность материалов, используемых при создании ПРЛП,- искусственные диэлектрики и магнитодиэлектрики. Они создаются путем введения в наполнитель

поглощающих частиц. Некоторые типы подобных изотропных покрытий уже упоминались ранее. Если же концентрация частиц различна в различных направлениях, то искусственный магнитодиэлектрик оказывается анизотропным. При упорядоченном, например, периодическом, расположении включений возникают структуры типа кристаллической решетки. При определенном выборе осей тензор диэлектрической проницаемости принимает вид:

Подобные структуры можно рассматривать как перспективные при создании ПРЛП.

Взяв упорядоченную систему шаров, эллипсоидов, дисков, диполей или тел другой формы, изготовленных из металла, ферромагнетика, диэлектрика, сегнетоэлектрика и т.д., получаем структуру, аналогичную кристаллической решетке. Этот искусственный кристалл имеет анизотропию, если решетка не кубическая или если сами элементы имеют выделенные оси симметрии.

Для переменного поля не только диэлектрическая проницаемость ε, но и магнитная μ есть тензор. Это происходит из-за того, что ориентация внешнего поля определяет вектор

напряженности магнитного поля , возбуждаемого в системе.

В антенной технике подобные искусственные диэлектрики применяются для изготовления линз. В технике изготовления ПРЛП удобно использовать для реализации полученных теоретическим путем значений ε и μ (разумеется, в ограниченной области значений). Например, используя металлические шарики радиусом r в узлах кубической решетки, получим диэлектрическую проницаемость искусственного диэлектрика в виде:

где N - число шариков в единице объема. Эта простая форма получена в статическом приближении и справедлива в переменном поле при условии τ << λ. Создание искусственных диэлектриков и магнитодиэлектриков - одно из перспективных направлений разработок ПРЛП.

Одна из важнейших характеристик покрытий - ширина полосы частот, в которой обеспечивается заданное ослабление отраженного сигнала, т.е. диапазонность. Диапазонность зависит от конструкции покрытия, особенно для интерференционных покрытий, а также от дисперсионных свойств материалов ПРЛП. Проницаемости ε и μ всех материалов зависят в большей или меньшей степени от частоты.

16.5. Композиционные радиопоглощающие материалы

В настоящее время большое внимание привлекают разработки радиопоглощающих материалов на основе композиционных материалов из феррит-резиновых смесей с включенными в них короткими металлическими волокнами. Для таких структур разработаны методы расчета эффективных значений диэлектрической и магнитной проницаемостей и коэффициента отражения.

Наиболее сложным вопросом при разработке такого рода покрытий является задача синтеза для получения наименьшего коэффициента отражения в заданном диапазоне частот при минимальной толщине материала. Определение электромагнитных параметров составных частей композиционных материалов, распределение их по толщине структуры, обеспечение оптимальных характеристик и возможностей физической реализации смесей входят в задачу синтеза. Незначительные изменения концентрации исходных материалов в смесях могут приводить к значительным изменениям коэффициента отражения.

При разработке магнито-диэлектрических поглотителей в частотной области от единиц до десятков гигагерц обычно используют ферритовые материалы в смеси с высокополимерной резиной, однако они имеют ограниченное применение из-за узкополосных частотных характеристик.

Расширение частотного диапазона достигается при увеличении диэлектрической проницаемости. Для этого используются короткие металлические волокна, хаотически перемешанные в феррит-резиновой смеси. Короткие металлические волокна в смеси работают подобно дипольным антеннам, в которых индуцируется ток. Возможность изменения в широких пределах диэлектрической проницаемости в феррит-резиновой смеси обеспечивается введением в нее металлических волокон в количестве от 1 до 3% по массе смеси. На частоте ƒ₀ длина волокна подбирается равной приблизительно половине длины волны для обеспечения поглощения смеси необходимого состава. Изменение длины волокна управляет необходимой рабочей длиной волны для смеси. Металлические волокна изготавливаются из меди или латуни с длиной волокна от 1 до 4 мм и диаметром 60 мкм. Длина волокна выбирается такой, чтобы обеспечить поглощение электромагнитной волны на частоте ƒ₀ в области 8...13 ГГц.

В настоящее время исследованы ферритовые компоненты, улучшенные введением коротких металлических волокон, что позволяет получить диэлектрическую проницаемость ε = 15 и достаточно большие магнитные потери tgδ_μ = 0,5.

Для получения практически неотражающих материалов исследуются структуры из тонких поглощающих слоев. Полученный таким образом неоднородный слой обладает существенно лучшими характеристиками, чем однородный.

На основе композиционных пластин из пластика, содержащих углерод и металлические волокна, получены радиопоглощающие материалы с малым коэффициентом отражения.

Неоднородные пластинчатые материалы с диэлектрическими потерями, содержащие углерод, металлические частицы и алюминиевые или медные волокна, имеют коэффициент отражения от -17 до -26 дБ при общей толщине слоя 1 см.

В промышленных условиях поглотители электромагнитных волн изготавливаются на основе пластиков, содержащих микрочастицы резистивных и проводящих материалов. Часто применяются сферические или цилиндрические частицы магнетита, имеющего высокие значения тангенсов диэлектрических и магнитных потерь. Такие материалы находят широкое применение из-за структурной полноты заполнения композиционного материала. Оптимальное поглощение электромагнитного излучения, достигается в структурах, у которых комплексные диэлектрические и магнитные проницаемости материалов изменяются по экспоненциальному закону, а в многослойных структурах по ступенчатому закону (увеличиваясь от слоя к слою) с определенным градиентом изменения параметров.

16.6. Обзор численных методов, позволяющих

Характеристики

Список файлов книги