CZ306440B6

CZ306440B6 - Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ306440B6
Application number: CZ2014-52A
Authority: CZ
Inventors: Yurii Kazantsev; Vladimir Babayan; Natalia Kazantseva; Jarmila Vilčáková; Robert Moučka; Petr Sáha
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2017-01-25
Also published as: CZ27020U1; CZ201452A3

Abstract

Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření na bázi kompozitního materiálu obsahuje kompozitní vrstvu (1) o celkové efektivní tloušťce d.sub.m.n. v rozmezí 1/60 až 1/20 .lambda..sub.m.n., kde .lambda..sub.m.n. je hodnota střední vlnové délky záření, vytvořenou na bázi elastomerní matrice a magnetického plniva. V ní je začleněna optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka (2), vytvořená z nevodivé polymerní fólie (3) o tloušťce do 0,1 mm, opatřená ze strany dopadající vlny elektromagnetického záření obvodově uzavřenými navzájem se nedotýkajícími plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5), pravidelně rozmístěnými tak, že vzájemná vzdálenost (P) středů plošných vodivých elementů (4) je v intervalu D.sub.2.n. < P < ½ .lambda..sub.m.n., kde D.sub.2.n. je největší vnější rozměr plošných vodivých elementů (4). Frekvenčně selektivní mřížka (2) je umístěna uvnitř kompozitní vrstvy (1) a na výstupním povrchu absorbéru je umístěna podkladní kovová vrstva (6). Frekvenčně selektivní mřížka (2) ležící uprostřed kompozitní vrstvy (1) nebo blíže k podkladní kovové vrstvě (6) svým umístěním rozděluje kompozitní vrstvu (1) na dvě dílčí kompozitní vrstvy (1.1) a (1.2) tak, že poměr jejich tlouštěk d.sub.1.n. : d.sub.2.n. leží v intervalu 1 : 1 až 2 : 1 a jejich součet d.sub.1.n. + d.sub.2.n. je roven efektivní tloušťce d.sub.m.n.. Tento absorbér se vyrobí tak, že se vyrobí nevodivá polymerní fólie (3) s obvodově uzavřenými plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5), čímž se vytvoří optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka (2), která se pomocí adheziva začlení do kompozitní vrstvy (1). Takto vzniklý celek se podrobí lisování při tlaku 1 až 15 MPa a teplotě 70 až 90 .degree.C po dobu 2 až 4 h. Poté se provede jeho spojení lepením s podkladní kovovou vrstvou nebo kovovým pláštěm výrobku.

Description

Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Vynález se týká širokopásmových absorpčních materiálů magnetického typu určených pro řešení problémů souvisejících s nežádoucími účinky elektromagnetického záření v moderní elektronice. Vynález patří do oblasti materiálů a zařízení se speciálními elektrofyzikálními vlastnostmi, schopných absorbovat energii mikrovlnného elektromagnetického záření ve frekvenčním rozsahu 0,5 až 15 GHz.

Dosavadní stav techniky

Teorie a technika radioabsorbérů se začala rozvíjet od třicátých let 20. století. Vrchol zájmu o tento obor byl zaznamenán v letech 1970 - 1980 v souvislosti s vývojem „stealth“ technologií - antidetekčních systémů. Nicméně po roce 2000 zájem o tuto problematiku opět významně vzrostl v souvislosti s pokračujícím pronikáním elektroniky do všech oblastí lidské činnosti. Přitom dále narostly s rozmachem elektroniky související problémy, a to zejména problém elektromagnetické kompatibility a elektromagnetické interference a také problémy související s negativním vlivem elektromagnetického záření na přírodu a člověka.

Jednou z metod umožňujících řešit tyto problémy je použití radioabsorbérů. Kvalita radioabsorbéru je dána navzájem provázanými charakteristikami jako operační frekvenční rozsah, míra absorpce v daném frekvenčním rozsahu, hmotnost a tloušťka absorbéru.

Stávající běžné typy radioabsorbérů jsou nejčastěji radioabsorbéry pohlcující podstatnou část elektromagnetického záření ve hmotě. U těchto absorbérů je pro jejich funkci nezbytná určitá tloušťka materiálu, přičemž nejmenší tloušťky a hmotnosti lze dosáhnout v případě, že uvažovaná aplikace umožní značné omezení operačního frekvenčního rozsahu. Při konstrukci reálných absorbérů se používají kompozitní materiály se ztrátami jak elektrickými, tak magnetickými. Je známo, že použití materiálů i s magnetickými ztrátami umožňuje připravit absorbéry o menší tloušťce a širším operačním frekvenčním rozsahu oproti absorbérům pracujícím na bázi materiálu se ztrátami pouze elektrickými.

Uvedené kompozitní materiály jsou na bázi vhodné matrice a magnetického plniva. Vývoji takovýchto radioabsorpčních materiálů a zkoumání jejich elektromagnetických vlastností se věnuje značné množství výzkumných prací.

Rada patentovaných technických řešení je zaměřena na použití frekvenčně selektivních elementů, nazývaných frekvenčně selektivní povrchy - FSP - v absorbérech rezistivního typu, ve kteiých je elektromagnetická energie pohlcována rezistivními (odporovými) elementy absorbéru. Např. v patentech US 6,538,596 a US 5,627,541 jsou elementy pohlcujícími elektromagnetické záření rezistivní vrstvy s rezistivitou rovnající se okolnímu (volnému) prostředí (120 π Ω). V patentu CN 102026531 jsou elementy pohlcujícími elektromagnetické záření rezistory s rezistivitou 44,9 kQ, začleněné mezi kovové elementy FSP. Tyto typy absorbérů však nejsou prioritně určeny a ani vhodné pro řešení problémů souvisejících s nežádoucími účinky elektromagnetického záření v moderní elektronice. Jsou zaměřeny přednostně na „stealth“ technologie - antidetekční systémy. Navíc tyto absorbéry mají i kvalitativně nižší charakteristiky (šíře pracovního frekvenčního pásma a úspora tloušťky). Tak kupříkladu v patentu US 6,538,596 relativní operační frekvenční pásmo (fmax/fmin) absorbéru je rovno 2 a jeho tloušťka vztažená na vlnovou délku leží v intervalu 1/16 až 1/12 vlnové délky. V patentu CN 102026531 je navržen radioabsorbér s FSP, který má relativně menší tloušťku (1/40 vlnové délky), nicméně není pro něj udána šířka frekvenčního pásma, která podle kvalifikovaného odhadu činí 1,1. Nicméně princip FSP jako takový nabízí určité možnosti využití i ve sledované oblasti, jak bude uvedeno dále.

-1 CZ 306440 B6

Efektivní metodou rozšíření frekvenčního pásma radioabsorbérů na bázi kompozitů s magnetickým plnivem je současné použití frekvenčně selektivního povrchu, který se vkládá buďto na povrch absorbéru nebo do jeho objemu. Příkladem může být například doktorská práce A. Lopatina „Polymer magnetic composites for microwave absorbers“ nebo patentové spisy GB2251338 „Microwave absorber“ nebo JPS57129003 o stejném názvu. Hlavní výhodou této kombinované metody je, že vede k určitému rozšíření frekvenčního pásma bez zvětšení tloušťky a hmotnosti absorbéru. Protože však konečný efekt je výrazně závislý jak na charakteristice frekvenčně selektivních povrchů, tak na jejich poloze v kompozitu, u dosud známých řešení tohoto typu nejsou zdaleka využity možnosti absorpce oběma účinnými složkami radioabsorbérů, zejména pokud jde o jejich efektivní kombinaci ve vztahu k danému frekvenčnímu pásmu.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých radioabsorbérů do značné míry odstraňuje širokopásmový absorbér elektromagnetického záření na bázi vrstveného materiálu podle vynálezu. Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření obsahuje kompozitní vrstvu o celkové efektivní tloušťce d_m dané hodnpotou 1/60 až 1/20 A™, kde λ_ιη je hodnota střední vlnové délky záření, a tato kompozitní vrstva je vytvořena na bázi elastomemí matrice a magnetického plniva, a v ní je začleněna optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka, vytvořená z nevodivé polymemí fólie o tloušťce do 0,1 mm, opatřené ze strany dopadající vlny elektromagnetického záření obvodově uzavřenými navzájem se nedotýkajícími plošnými vodivými elementy s centrálními otvory, pravidelně rozmístěnými tak, že vzájemná vzdálenost středů plošných vodivých elementů P je v intervalu D₂ < P < 1/2 λ™, kde D₂ je největší vnější rozměr plošných vodivých elementů, přičemž na výstupním povrchu absorbéru je umístěna podkladní kovová vrstva. Podstata vynálezu spočívá v tom, že frekvenčně selektivní mřížka ležící uvnitř kompozitní vrstvy je umístěna uprostřed kompozitní vrstvy nebo blíže k podkladní kovové vrstvě a svým umístěním rozděluje kompozitní vrstvu na dvě dílčí kompozitní vrstvy tak, že poměr jejich tlouštěk di : d₂ leží v intervalu 1 : 1 až 2 : 1 a jejich součet di+ d₂ je roven efektivní tloušťce d_m.

Širokopásmový absorbér podle vynálezu má s výhodou plošné vodivé elementy s centrálními otvory vytvářející frekvenčně selektivní mřížku ve tvaru mezikruží a/nebo čtvercových rámečků. Kompozitní vrstva s výhodou obsahuje jako magnetické plnivo karbonylové železo.

Podstata způsobu výroby širokopásmového absorbéru elektromagnetického záření podle vynálezu spočívá v tom, že se vyrobí nevodivá polymemí fólie s obvodově uzavřenými plošnými vodivými elementy s centrálními otvory, čímž se vytvoří optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka, která se pomocí adheziva začlení do kompozitní vrstvy, načež se takto vzniklý celek podrobí lisování při tlaku 1 až 15 MPa a teplotě 70 až 90 °C po dobu 2 až 4 h, poté se provede jeho spojení lepením s podkladní kovovou vrstvou nebo kovovým pláštěm výrobku.

Frekvenčně selektivní mřížka se s výhodou vytvoří potištěním nevodivé polymemí fólie obvodově uzavřenými plošnými vodivými elementy s centrálními otvory fotolitografickou metodou.

Hlavní předností širokopásmového absorbéru elektromagnetického záření podle vynálezu je nastavení optimálních charakteristik a polohy frekvenčně selektivní mřížky v absorbéru, což umožňuje dosažení nejširšího operačního frekvenčního rozsahu při využití tzv. efektivní tloušťky - bez zvýšení tloušťky kompozitní vrstvy.

Absorpce elektromagnetické energie v absorbéru podle vynálezu je především magnetického typu. U tohoto typu absorpce probíhá v celém objemu absorbéru, přičemž relativní šířka operačního pásma vyplývající z rozmezí frekvencí a daná poměrem f_max/fmin je značně větší než 2 a dosahuje 2,6 při tloušťce absorbéru rovné 1/60 A_m (tloušťka vztažená na střední vlnovou délku A™ operačního rozsahu frekvencí). Rozšíření frekvenčního rozsahu je u absorbéru podle vynálezu umožněno

-2CZ 306440 B6 tím, že charakteristika frekvenčně selektivní mřížky a její poloha v kompozitní vrstvě odpovídá optimu.

Na rozdíl od řešení známých z patentové literatury se řešení absorbéru podle vynálezu zabývá rozšířením frekvenčního pásma kompozitních absorbérů magnetického typu získaných v kombinaci s optimalizovanou frekvenčně selektivní mřížkou, a to včetně optimalizace její polohy v absorbéru.

Objasnění výkresů

Konkrétní řešení širokopásmového absorbéru podle vynálezu je blíže dokumentováno na přiložených výkresech, kde značí:

- obr. 1 - běžný radioabsorbér - kompozitní vrstva bez FSM - výchozí schéma,

- obr. 2 - FSM připojená ke kompozitní vrstvě z radioabsorbujícího materiálu,

- obr. 3 - FSM uvnitř kompozitní vrstvy radioabsorbujícího materiálu podle vynálezu,

- obr. 4 - struktura FSM dle vynálezu s plošnými vodivými elementy kruhového tvaru,

- obr. 5 - struktura FSM dle vynálezu s plošnými vodivými elementy čtvercového tvaru,

- obr. 6 - elektromagnetické charakteristiky kompozitních vrstev,

- obr. 7 - frekvenční závislost koeficientu odrazu kompozitní vrstvy absorbéru,

- obr. 8 - frekvenční závislosti koeficientů odrazu ilustrující proces stanovení rezonanč-ní frekvence f₀ a faktoru kvality Q_o pro danou FSM, pro jejichž hodnoty je šířka operačního frekvenčního pásma maximální.

Příklady uskutečnění vynálezu

Širokopásmový absorbér pro absorpci elektromagnetického záření, z něhož vychází řešení podle vynálezu, je vytvořen na bázi kompozitní vrstvy £ radioabsorpčního materiálu s tloušťkou d, jehož jedna strana je opatřena podkladní kovovou deskou 6 - viz obr. 1. Radioabsorpční vlastnosti tohoto systému jsou dány hodnotou koeficientu odrazu dopadající vlny a šířkou operačního frekvenčního pásma, ve kterém tato hodnota nepřesahuje danou mez (např. -10 dB).

Pro rozšíření frekvenčního rozsahu tohoto základního typu absorbéru byly navrženy konstrukce širokopásmového absorbéru elektromagnetického záření, které kromě kompozitní vrstvy £ a podkladní kovové desky 6 obsahují frekvenčně selektivní mřížku 2 buďto na vnějším povrchu (obr. 2) či uvnitř - podle vynálezu (obr. 3) kompozitní vrstvy £. Frekvenčně selektivní mřížka 2 (dále též FSM) představuje biperiodickou mřížku (ve dvou směrech se pravidelně opakující), vytvořenou na nevodivé polymemí fólii 3 a složenou z pravidelně rozmístěných plošných vodivých elementů 4 o navzájem shodné geometrii, zde kovových, přičemž FSM 2 je umístěna na vstupním povrchu absorbéru nebo uvnitř kompozitní vrstvy £, v tom případě jsou plošné vodivé elementy 4 na nevodivé polymemí fólii 3 rovněž uchyceny ze strany dopadajícího elektromagnetického záření. Struktura frekvenčně selektivní mřížky 2 je zřejmá z obr. 4 a obr. 5. Míra rozšíření frekvenčního rozsahu absorbéru podle vynálezu záleží na charakteristice a poloze FSM 2 v materiálu kompozitní vrstvy £ stejně jako na jeho elektromagnetických charakteristikách.

Řešení parametrů rozšíření operačního frekvenčního pásma magnetického absorbéru podle vynálezu pomocí FSM 2 a optimální navržení jeho parametrů představuje řadu následných mezi sebou provázaných kroků, jejichž výsledkem je absorbér elektromagnetického záření s maximálně širokým frekvenčním operačním rozsahem. Jednotlivé kroky - fáze řešení budou popsány dále.

Nejprve byla provedena syntéza kompozitních vrstev £. Materiály kompozitních vrstev £ zde představují polymemí kompozity o různých koncentracích magnetického plniva - karbonyl železa

-3CZ 306440 B6 (KZ). Podle typu použitého KŽ a jeho koncentrace v elastomemí matrici byly získány různé kompozitní vrstvy la, 1b a 1c s navzájem odlišnými hodnotami permitivity a magnetické permeability, stejně jako hodnotami elektrických a magnetických ztrát daného materiálu. Jako magnetické plnivo byly použity prášky KZ s obsahem α-Fe v rozmezí 97 až 99 atomů Fe, s úzkou distribucí částic a průměrnou velikostí částic kolem 2 pm (typ HQ a ES, BASF, Německo) a jako pomocná přísada také skleněné mikrokuličky (typ MSVPA9, NPO Stekloplastic, Rusko). Jako elastomerní matrice byl použit silikonový elastomer (typ Sylgard 184, DOW Corning, USA). Skleněné mikrokuličky byly použity pro zlepšení homogenity jednotlivých kompozitních vrstev la, lb a 1c a pro dosažení požadovaných hodnot permitivity. Z těchto složek byly připraveny homogenní směsi, které byly následně odlity do lisovacích forem a vytvrzeny během 4 h za teploty 80 °C a tlaku 3 MPa, načež následovalo jejich vyjmutí z forem. Připravené kompozitní vrstvy 1 měly tloušťku 2 mm a následující složení a hustotu:

Kompozitní vrstva Ja: 50 % obj. elastomerní matrice - silikonového elastomeru SYLGARD 184, p = 4.43 g cm'³ a 50 % obj. magnetického plniva - KŽ typu ES

Kompozitní vrstva 1b: 45 % obj. elastomemí matrice - silikonového elastomeru SYLGARD 184, p = 3.64 g cm'³, 40 % obj. magnetického plniva - KŽ typu HQ, 15 % obj. skleněných mikrokuliček MSVPA9.

Kompozitní vrstva k: 50 % obj. elastomemí matrice - silikonového elastomeru SYLGARD 184, p = 2.93 g cm'³, 30 % obj. magnetického plniva - KŽ typu HQ, 20 % obj. skleněných mikrokuliček MSVPA9.

Poté byly naměřeny frekvenční závislosti komplexních elektrických a magnetických veličin připravených kompozitů. Vzorky ve formě desek o rozměrech 200 χ 200 mm byly proměřeny dvouanténovou metodou na vektorovém analyzátoru Agilent 5230A. Frekvenční závislosti reálné a imaginární složky permitivity a magnetické permeability (ε', ε, μ', μ) jsou uvedeny na obr. 6. Čísla křivek odpovídají číslování kompozitů.

Jak je patrno z obr. 6, s klesající koncentrací KŽ oblast frekvenční disperze magnetické permeability se posouvá k vyšším frekvencím, nicméně všechny tři oblasti leží ve frekvenčním rozsahu 0,5 až 15 GHz.

V další etapě byla stanovena tzv střední („matching“) frekvence - frekvence nacházející se ve středu operačního pásma frekvencí připravených kompozitních vrstev 1 s tloušťkou rovnou tzv. efektivní („matching“) tloušťce. Předtím byla tato efektivní - „matching“ tloušťka d_m stanovena podle následujícího postupu:

Na začátku byla vypočtena závislost komplexního parametru absorbéru, kterým je tloušťka d, na frekvenci f dle následujícího vztahu V1:

d = ď + jd c ---— arctan 2πινμε

(VI) kde ε, a μ jsou komplexní veličiny permitivity a magnetické permeability kompozitu závislé na frekvenci (obr. 6), c je rychlost světla. Dále jsou vybrány ty tloušťky, pro které je splněna nerovnost |d/ď < 0,011; odpovídající d‘ je brána za efektivní „matching“ tloušťku (ď = d_m). Pro vybranou efektivní tloušťku je spočtena frekvenční závislost koeficientu odrazu R podle vztahu V2:

Z- 1

Z+ 1 (V2)

-4CZ 306440 B6

(V3)

Frekvence f_m, které odpovídá hluboké minimum na frekvenční závislosti R, je tzv. „matching“ střední frekvencí. Nejnižší střední („matching“) frekvenci 1,8 GHz má kompozitní vrstva la a nejvyšší střední frekvenci 10,8 GHz má kompozitní vrstva le. Kompozitní vrstvy 1 v podobě desek s tloušťkami rovnými efektivní tloušťce d_m byly připraveny na základě teoretických výpočtů. Na těchto byly naměřeny frekvenční závislosti koeficientů odrazu (R). Jako příklad je na obr. 7 uvedena frekvenční závislost R pro kompozitní vrstvu 1b absorbéru s tloušťkou d_m = 2 mm, pro nějž je střední frekvence 4,7 GHz.

V další etapě byly spočteny zobecněné charakteristiky FSM 2, a to rezonanční frekvence f₀ a kvalita Qo, a také poloha FSM 2 v objemu absorbéru, tj. tloušťky di a d₂ (viz obr. 3). Tyto hodnoty jsou získány pomocí několika vztahů V4 až V10, jež spojují koeficient odrazu (R) s elektromagnetickými charakteristikami kompozitní vrstvy 1 (ε¹, ε, μ' a μ), se zobecněnými charakteristikami FSM 2 (f₀, Qo) a dílčími tloušťkami kompozitní vrstvy 1 - d_b d₂:

kde

Z22 + j J| tg(kd₂Τμε)

Z₁₁₌ -----------, (V5) j| + )Z22tg(kd₂ Τμε) _ z₃₃z_ez₂₂ - ý Ty ^δ ₃₃ t Z<e ₇ ÍFÍQo /fReVpě fp \ ^e 2ý£[Q ^]QíY f0 fReViE/

Q = -^, Qo + Qi ^Q1 = ε'μ + εμ' (V6) (V7) (V8) (V9) (V10)

Zobecněné charakteristiky f₀, Qo jsou rezonanční frekvence a faktor kvality FSM 2 umístěné ve volném prostoru. Vztahy V4-V10 jsou získány z teorie přenosových linek a elektrických obvodů. Uvedenými vztahy změnou hodnot f₀ a Qo pro několik hodnot poměrů di/d₂ je nalezena taková frekvenční závislost R(f), pro kterou je šířka absorpčního pásma maximální pro danou hodnotu útlumu R (např. -10 dB). Přitom celá tloušťka absorbéru představuje efektivní („matching“) tloušťku dané kompozitní vrstvy (di + d₂ = d = d_m). Tento postup je zobrazen na obr. 8, kde jsou uvedeny frekvenční závislosti koeficientu odrazu od absorbéru na bázi kompozitní vrstvy 1b pro

-5CZ 306440 B6 několik hodnot rezonančních frekvencí FSM 2 a fixních hodnot d = d_m=2 mm, di/d₂ = 1 a Q = 2,8 (veličinám f₀ = 19 GHz, 28 GHz, 33 GHz a 40 GHz odpovídají ve stejném pořadí čísla křivek 1, 2, 3, 4). Relativní maximální šířka absorpčního pásu (f_max/ f_mi_n): při útlumu -10 dB je tento poměr krajních hodnot intervalu absorbovaných frekvencí roven 2,9, když rezonanční frekvence FSM 2 je f₀ = 33 GHz. Bez FSM 2 je relativní šířka absorpčního pásu 1,6.

Analogické výpočty provedené pro všechny tři kompozitní vrstvy la, 1b a 1c při dalších poměrech di/d₂ ukazují, že největší efekt rozšíření frekvenčního absorpčního pásu lze dosáhnout při d]/d₂ > 1, přičemž při zvětšení podílu d[/d₂ požadované hodnoty f₀ narůstají a Q_o klesají. Minimální hodnota Qo je omezena technologickými možnostmi provedení FSM 2 s extrémně hustým uspořádáním plošných vodivých elementů 4. Plošné vodivé elementy 4 ve tvaru čtverce umožňují vytvořit FSM 2 s extrémně nízkou hodnotou Q_o (Q_mj_n ~ 0,8). Maximální hodnota Q_o je omezena možností vzniku negativních difrakčních jevů (difrakční laloky) způsobených řídkým osazením frekvenčně selektivní mřížky 2 plošnými vodivými elementy 4. Kruhový tvar plošných vodivých elementů 4 umožňuje uskutečnit FSM 2 s extrémně vysokými hodnotami faktoru kvality (Q_max ~ 10). Proto pro hodnot Q z intervalu 1,5 až 10 se volí plošné vodivé elementy 4 kruhové, zatímco v rozmezí hodnot Q = 0,8 až 1,5 vyhovují tvary čtvercové. U jednodušších konstrukcí absorbérů, kdy FSM 2 jsou umístěny na povrchu kompozitu, se dosahuje poněkud nižších rozšíření absorpčního frekvenčního pásu (f_max / f_mi_n = 2,5) oproti případu, kde je FSM 2 uvnitř vrstvy.

V navazující etapě byly stanoveny konkrétní rozměry plošných vodivých elementů 4 pro FSM 2 a také konstanta P hustoty frekvenčně selektivní mřížky 2, ve které budou plošné vodivé elementy 4 umístěny. V další etapě byly stanoveny zobecněné charakteristiky FSM 2 (rezonanční frekvence f₀ a faktor kvality Q_o) a také jejich tvar (kruh, čtverec). Cílem další etapy je stanovení hlavních rozměrů D_b D₂ a umístění P plošných vodivých elementů 4, pro které bude mít FSM 2 požadované zobecněné charakteristiky f₀ a Q_o. Tento úkol byl řešen pomocí rigorózních (analytických) metod integrálních rovnic frekvenční závislosti koeficientu odrazu od FSM 2 ve volném prostoru pro různé hodnoty Di, D₂ a P. Přitom zobecněné charakteristiky FSM 2 jsou vyjádřeny také tvarem a polohou rezonance na frekvenční závislosti koeficientu odrazu. Frekvenční závislost koeficientu odrazu od FSM 2 s plošnými vodivými elementy 4 jak kruhovými, tak čtvercovými může být také získána pomocí specializovaného softwaru (FEKO).

V další etapě byla vyrobena a odzkoušena FSM 2 o parametrech vydefinovaných v předchozích etapách. Doporučená výroba FSM 2 je metodou fotolitografíckou, ionoplazmatickou a polygrafickou. Poměrně spolehlivou metodou zaručující dobrou přesnost je metoda fotolitografická. Při této metodě byla struktura FSM 2 realizována na tenké vrstvě z nevodivé polymerní fólie 3 s tloušťkou od 0,05 mm do 0,1 mm, což je dostačující. FSM 2 připravená touto metodou byla kontrolována pomocí měření frekvenční závislosti koeficientu odrazu (ve volném prostoru), z které byly dále získány veličiny f₀ a Q_o. Tyto byly následně porovnány s hodnotami vypočtenými.

Způsob výroby širokopásmového absorbérů:

Byly připraveny kompozitní vrstvy ja, 1b a 1c požadované tloušťky. Postup jejich přípravy byl již popsán v úvodní etapě, rovněž elektromagnetické charakteristiky desek ε', ε, μ' a μ byly naměřeny na zařízení popsaném v této etapě. Návazně byla připravena FSM 2 právě popsaným postupem a příprava širokopásmového absorbérů podle vynálezu byla dokončena metodou nalepení FSM 2 na kompozitní vrstvy la, 1b a k. Po nanesení tenké vrstvy lepidla a navrstvení jednotlivých částí absorbérů byl každý celek na 2 hodiny umístěn do lisu při teplotě 80 °C a tlaku 1 MPa. Dále byla naměřena frekvenční závislost koeficientu odrazu takto připraveného absorbérů, z které je určen pracovní frekvenční rozsah absorbérů. Tloušťka operačního frekvenčního rozsahu absorbéru vyrobeného dle tohoto vynálezu je závislá na druhu magnetické kompozitní vrstvy:

Pro kompozitní vrstvu la tloušťka absorbérů vztažená na střední vlnovou délku operačního pásma absorbérů (d/λ,,,) je 1/60, operační frekvenční rozsah (f_max/f_min) je roven 2,6.

-6CZ 306440 B6

Výše uvedené hodnoty pro kompozitní vrstvu 1b jsou: d//_m = 1/30, f_max/f_min = 2,4.

A konečně pro kompozitní vrstvu le: d/žm = 1/20, f_ma_X/f_rain = 2,4. Jak už bylo výše uvedeno, celková tloušťka absorbéru je přibližně rovna efektivní tloušťce kompozitu d_m.

Průmyslová využitelnost

Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření podle vynálezu je využitelný ve všech oblastech, kde je třeba zajistit absorpci energie mikrovlnného elektromagnetického záření ve frekvenčním rozsahu 0,5 až 15 GHz. Řešení podle vynálezu slouží k odstranění problémů souvisejících s nežádoucími účinky elektromagnetického záření v moderní elektronice.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření na bázi vrstveného materiálu, obsahující kompozitní vrstvu (1), jejíž celková tloušťka je rovna efektivní tloušťce d_m dané hodnotou 1/60 až 1/20 ú_n, kde λ_ηι je hodnota střední vlnové délky záření, kde kompozitní vrstva (1) je vytvořena na bázi elastomemí matrice a magnetického plniva, a v ní je začleněna optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka (2), vytvořená z nevodivé polymemí fólie (3) o tloušťce do 0,1 mm, opatřená ze strany dopadající vlny elektromagnetického záření obvodově uzavřenými navzájem se nedotýkajícími plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5), pravidelně rozmístěnými tak, že vzájemná vzdálenost (P) středů plošných vodivých elementů (4) je v intervalu D₂ < P < 1/2 kde D₂ je největší vnější rozměr plošných vodivých elementů (4), přičemž na výstupním povrchu širokopásmového absorbéru je umístěna podkladní kovová vrstva (6); tento širokopásmový absorbér se vyznačuje tím, že frekvenčně selektivní mřížka (2) leží uprostřed kompozitní vrstvy (1) nebo blíže k podkladní kovové vrstvě (6) a svým umístěním rozděluje kompozitní vrstvu (1) na dvě dílčí kompozitní vrstvy (1.1) a (1.2) tak, že poměr jejich tlouštěk di: d₂ leží v intervalu 1 : 1 až 2 : 1 a jejich součet di+ d₂ je roven efektivní tloušťce d_m.
2. Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že kompozitní vrstva (1) obsahuje jako magnetické plnivo karbonylové železo.
3. Širokopásmový absorbér elektromagnetického záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že frekvenčně selektivní mřížka (2) tvořená plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5) má tyto elementy ve tvaru mezikruží a/nebo čtvercových rámečků.
4. Způsob výroby širokopásmového absorbéru elektromagnetického záření podle nároku 1, případně podle některého z nároků 2a3, vyznačující se tím, že se vyrobí nevodivá polymemí fólie (3) s obvodově uzavřenými plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5), čímž se vytvoří optimalizovaná frekvenčně selektivní mřížka (2), která se pomocí adheziva začlení do kompozitní vrstvy (1), načež se takto vzniklý celek podrobí lisování při tlaku 1 až 15 MPa a teplotě 70 až 90 °C po dobu 2 až 4 h, načež se provede jeho spojení lepením s podkladní kovovou vrstvou nebo kovovým pláštěm výrobku.
5. Způsob výroby širokopásmového absorbéru elektromagnetického záření podle nároku 4, vyznačující se tím, že frekvenčně selektivní mřížka (2) se vytvoří potištěním nevodivé polymemí fólie (3) obvodově uzavřenými plošnými vodivými elementy (4) s centrálními otvory (5) fotolitografickou metodou.