FR2648958A1 - Radio frequency electromagnetic field absorption device - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'absorption de champ électromagnétique radiofréquence
L'invention concerne un dispositif de réduction de la réflexion et de la diffraction, dans une large bande de fréquence, d'un champ électromagnétique radiofréquence incident sur une paroi, comportant un milieu absorbant synthétique recouvrant la paroi, dans lequel la dissipation d'une partie de la puissance du champ électromagnétique incident se fait par effet Joule, ce milieu contenant un liquide polaire et des substances ayant des propriétés ferromagnétiques ou ferrimagnétiques ou antiferromagnétiques.Radio frequency electromagnetic field absorption device
The invention relates to a device for reducing the reflection and diffraction, in a wide frequency band, of a radiofrequency electromagnetic field incident on a wall, comprising a synthetic absorbent medium covering the wall, in which the dissipation of a part of the power of the incident electromagnetic field is made by the Joule effect, this medium containing a polar liquid and substances having ferromagnetic or ferrimagnetic or antiferromagnetic properties.
Les dispositifs permettant la réduction de la réflexion et de la diffraction d'un champ électromagnétique incident sur une paroi sont souvent appelés "absorbants de champs électromagnétiques", ou encore "absorbants hyperfréquences", ou encore "absorbants", dans la littérature les concernant, et par leurs fabricants. The devices allowing the reduction of the reflection and of the diffraction of an electromagnetic field incident on a wall are often called "absorbents of electromagnetic fields", or even "microwave absorbents", or even "absorbents", in the literature concerning them, and by their manufacturers.
Les absorbants de champs électromagnétiques sont largement employés dans la réalisation de chambres anéchoïques ou semi-anéchoïques radiofréquence utilisées par exemple pour des mesures de diagramme d'antenne, ou pour des mesures de section efficace radar, ou encore pour des mesures d'émission ou d'immunité électromagnétique. Les absorbants de champs électromagnétiques sont aussi utilisés pour réaliser des dispositifs ou des bâtiments ou des véhicules ayant une section efficace radar très faible. Electromagnetic field absorbers are widely used in the production of radio frequency anechoic or semi-anechoic chambers used for example for antenna diagram measurements, or for radar cross-section measurements, or for emission or transmission measurements. electromagnetic immunity. Electromagnetic field absorbers are also used to make devices or buildings or vehicles with a very small radar cross section.
D'une façon générale, la fonction d'un absorbant de champs électromagnétiques est de diminuer la réflexion et la diffraction d'un champ électromagnétique incident sur une paroi, ou ce qui revient au même, d'absorber l'énergie électromagnétique du champ incident sur la paroi. Ceci permet de réduire, voire de pratiquement supprimer la réflexion et la diffraction du dit champ incident par les objets se trouvant derrière l'absorbant, par rapport à la position des sources du champ incident. In general, the function of an electromagnetic field absorbent is to reduce the reflection and diffraction of an electromagnetic field incident on a wall, or what amounts to the same thing, to absorb the electromagnetic energy of the incident field. on the wall. This makes it possible to reduce, or even virtually eliminate the reflection and diffraction of the said incident field by the objects located behind the absorbent, relative to the position of the sources of the incident field.
I1 est connu (premier procédé) de réaliser des absorbants de champs électromagnétiques en imprégnant un assemblage de pyramides formant un panneau, réalisé dans une matière poreuse, avec une substance rendue faiblement conductrice par une charge de carbone. Le choix de réaliser ces absorbants sous la forme d'un assemblage de pyramides provient de ce que cette forme permet de limiter les réflexions en provenance de l'absorbant, et qui sont dues à la différence entre l'impédance d'onde dans l'air et l'impédance d'onde dans le matériau de l'absorbant. Dans un tel dispositif, l'absorption des champs électromagnétiques se fait principalement par la dissipation par effet Joule de la puissance contenue dans le champ électromagnétique incident. It is known (first method) to produce absorbents of electromagnetic fields by impregnating an assembly of pyramids forming a panel, produced in a porous material, with a substance rendered weakly conductive by a charge of carbon. The choice of making these absorbents in the form of an assembly of pyramids stems from the fact that this form makes it possible to limit the reflections coming from the absorbent, and which are due to the difference between the wave impedance in the air and wave impedance in the absorbent material. In such a device, the absorption of electromagnetic fields is mainly done by the dissipation by Joule effect of the power contained in the incident electromagnetic field.
Il est également connu (second procédé) de réaliser des absorbants de champs électromagnétiques à l'aide de ferrites présentant une absorption marquée dans une certaine bande de fréquence. Dans un tel dispositif, l'absorption des champs électromagnétiques se fait principalement par un processus dissipatif d'origine magnétique. It is also known (second method) to produce absorbents of electromagnetic fields using ferrites having a marked absorption in a certain frequency band. In such a device, the absorption of electromagnetic fields is mainly done by a dissipative process of magnetic origin.
Les absorbants de champs électromagnétiques réalisés selon le premier procédé se prêtent assez bien à l'absorption des champs électromagnétiques pour les microondes. Toutefois, de tels absorbants, pour être efficaces, doivent avoir une hauteur au moins égale au quart de la longueur d'onde du champ incident, dans le matériau de l'absorbant. Cette nécessité conduit à des dispositifs de dimensions considérables, et très onéreux, dès que l'on souhaite pouvoir les utiliser à des fréquences inférieures à 80 MHz. The electromagnetic field absorbers produced according to the first method lend themselves fairly well to the absorption of electromagnetic fields for microwaves. However, such absorbents, to be effective, must have a height at least equal to a quarter of the wavelength of the incident field, in the material of the absorbent. This necessity leads to devices of considerable size, and very expensive, as soon as one wishes to be able to use them at frequencies below 80 MHz.
Les absorbants de champs électromagnétiques réalisés selon le second procédé peuvent avoir des dimensions beaucoup plus réduites que ceux réalisés selon le premier, pour des fréquences minimales de travail équivalentes. The absorbents of electromagnetic fields produced according to the second method can have much smaller dimensions than those produced according to the first, for equivalent minimum working frequencies.
Toutefois, ils présentent le premier inconvénient de n'être efficace que sur une bande de fréquence relativement étroite, typiquement de un ou deux octaves, et le second inconvénient d'être également assez croûteux, du fait de l'emploi d'une grande quantité de ferrites dans leur composition.However, they have the first drawback of being effective only over a relatively narrow frequency band, typically of one or two octaves, and the second drawback of being also quite crusty, due to the use of a large quantity of ferrites in their composition.
I1 existe encore des absorbants de champs électromagnétiques réalisés en empilant un dispositif selon le premier procédé, sur un dispositif selon le second procédé. Chacun des deux dispositifs apporte de l'absorption selon son mode de fonctionnement propre. There are still absorbents of electromagnetic fields produced by stacking a device according to the first method, on a device according to the second method. Each of the two devices provides absorption according to its own operating mode.
11 existe aussi d'autres types d'absorbants de champs électromagnétiques, dont le fonctionnement est à bande étroite, donc très peu comparables aux procédé et dispositif selon l'invention. There are also other types of absorbents of electromagnetic fields, the operation of which is in narrow band, therefore very little comparable to the method and device according to the invention.
Un dispositif selon l'invention permet la réduction de la réflexion et de la diffraction, dans une large bande de fréquence, d'un champ électromagnétique radiofréquence incident sur une paroi, et comporte un milieu absorbant synthétique recouvrant la paroi, dans lequel la dissipation d'une partie de la puissance du champ électromagnétique incident se fait par effet Joule, ce milieu absorbant étant caractérisé premièrement en ce qu'il contient des substances qui portent sa conductivité moyenne en courant continu à une valeur comprise entre 1 S/m et 1000 S/m, deuxièmement en ce qu'il contient un liquide polaire, troisièmement en ce qu'il contient des substances ayant des propriétés ferromagnétiques ou ferrimagnétiques ou antiferromagnétiques, quatrièmement en ce que le choix et les proportions des constituants du milieu absorbant sont telles que dans la bande de fréquence considérée l'impédance d'onde du milieu absorbant est suffisamment voisine de celle du vide pour que le coefficient de réflexion à l'interface air-milieu absorbant ne dépasse pas 0,4 pour une onde plane sous incidence normale sur un échantillon plat, et cinquièmement en ce que les proportions des constituants du milieu absorbant sont telles que dans la bande de fréquence considérée la vitesse de phase dans le milieu absorbant est plus faible que la moitié de la vitesse de la lumière dans le vide. A device according to the invention makes it possible to reduce the reflection and diffraction, in a wide frequency band, of a radiofrequency electromagnetic field incident on a wall, and comprises a synthetic absorbent medium covering the wall, in which the dissipation of part of the power of the incident electromagnetic field is made by the Joule effect, this absorbing medium being characterized firstly in that it contains substances which bring its average conductivity in direct current to a value between 1 S / m and 1000 S / m, secondly in that it contains a polar liquid, thirdly in that it contains substances having ferromagnetic or ferrimagnetic or antiferromagnetic properties, fourthly in that the choice and the proportions of the constituents of the absorbent medium are such that in the frequency band considered the wave impedance of the absorbing medium is sufficiently close to that of the video e so that the reflection coefficient at the air-absorbent medium interface does not exceed 0.4 for a plane wave under normal incidence on a flat sample, and fifth in that the proportions of the constituents of the absorbent medium are such that in the frequency band considered the phase speed in the absorbing medium is lower than half the speed of light in a vacuum.
La présente invention permet de réaliser des absorbants de champ électromagnétique de taille beaucoup plus réduite que ceux réalisés selon ie premier procédé. En effet, avoir dans le milieu ou se produit la dissipation une vitesse de phase des champs électromagnétiques beaucoup plus faible que dans le vide, fait que le dispositif absorbant est électriquement beaucoup plus grand que ses dimensions physiques. La nécessité, comme dans le cas du premier procédé, d'avoir un absorbant plus haut que le quart de la longueur d'onde du champ incident dans le matériau, peut être satisfaite, pour un dispositif selon l'invention, avec une hauteur bien plus faible que pour un dispositif selon le premier procédé. The present invention makes it possible to produce electromagnetic field absorbents of a much smaller size than those produced according to the first method. Indeed, having in the medium or the dissipation occurs a phase velocity of the electromagnetic fields much lower than in the vacuum, makes that the absorbing device is electrically much larger than its physical dimensions. The need, as in the case of the first method, to have an absorbent higher than a quarter of the wavelength of the incident field in the material, can be satisfied, for a device according to the invention, with a height well lower than for a device according to the first method.
La présente invention permet de réaliser des absorbants de champ électromagnétique ayant des formes plus simples que geux réalisés selon le premier procédé. En effet, avoir une impédance d'onde dans le matériau du dispositif absorbant très voisine de celle du vide, fait que le dispositif absorbant provoque très peu de réflexion à l'interface entre l'air et ce matériau. The present invention makes it possible to produce electromagnetic field absorbents having simpler than gaseous shapes produced according to the first method. Indeed, having a wave impedance in the material of the absorbent device very close to that of the vacuum, means that the absorbent device causes very little reflection at the interface between the air and this material.
La présente invention permet de réaliser des absorbants de champ électromagnétique fonctionnant sur une bande de fréquence beaucoup plus large que ceux réalisés selon le second procédé. En effet, bien que comme les absorbants réalisés selon le second procédé, les dispositifs selon l'invention utilisent des matériaux magnétiques, ceux-ci ne sont pas, selon l'invention, employés principalement pour les pertes magnétiques qu'ils pourraient provoquer. Les dispositifs selon l'invention peuvent donc être conçus pour fonctionner sur une bande de fréquence beaucoup plus large que la bande de fréquence relativement étroite où les pertes magnétiques sont significatives. The present invention makes it possible to produce electromagnetic field absorbents operating over a much wider frequency band than those produced according to the second method. Indeed, although like the absorbents produced according to the second method, the devices according to the invention use magnetic materials, these are not, according to the invention, used mainly for the magnetic losses that they could cause. The devices according to the invention can therefore be designed to operate on a frequency band much wider than the relatively narrow frequency band where the magnetic losses are significant.
Les caractéristiques d'un dispositif selon l'invention reposent en partie sur le choix et sur les proportions des différents constituants du milieu absorbant. Ce choix et ces proportions déterminent les propriétés macroscopiques de conductivité électrique, de permittivité et de perméabilité magnétique qui sont liées aux propriétés d'absorption électromagnétique du milieu absorbant. Un spécialiste en électromagnétisme peut sans difficulté déterminer des valeurs de conductivité, de permittivité et de perméabilité magnétique convenant pour les performances qu'il désire et la bande de fréquence pour laquelle il souhaite ces performances. A titre d'exemple, un dispositif selon l'invention dans lequel le milieu absorbant a une conductivité de 0,1 S/m, une permittivité relative et une perméabilité magnétique relative de 10, et une épaisseur de 100 mm, permet, lorsqu'il est plaqué sur une paroi métallique, d'abaisser le coefficient de réflexion total de la paroi à une valeur inférieure à 0,5 à partir d'environ 38 MHz et inférieure à 0,2 à partir d'environ 200 MHz. Il est également possible de déterminer de telles performances en tenant compte des variations de la permittivité et de la perméabilité magnétique avec la fréquence. The characteristics of a device according to the invention are based in part on the choice and on the proportions of the various constituents of the absorbent medium. This choice and these proportions determine the macroscopic properties of electrical conductivity, permittivity and magnetic permeability which are linked to the electromagnetic absorption properties of the absorbent medium. A specialist in electromagnetism can easily determine values of conductivity, permittivity and magnetic permeability suitable for the performances which he wishes and the frequency band for which he wishes these performances. By way of example, a device according to the invention in which the absorbent medium has a conductivity of 0.1 S / m, a relative permittivity and a relative magnetic permeability of 10, and a thickness of 100 mm, allows, when it is pressed against a metal wall, to lower the total reflection coefficient of the wall to a value less than 0.5 from approximately 38 MHz and less than 0.2 from approximately 200 MHz. It is also possible to determine such performances by taking into account the variations in the permittivity and the magnetic permeability with frequency.
Le contrôle des propriétés macroscopiques de conductivité du milieu absorbant peut se faire en imprégnant de poudre de carbone, une mousse poreuse isolante, par exemple une mousse de polyuréthane, tout comme dans certains absorbants de champs électromagnétiques réalisés selon le premier procédé. .I1 est également possible d'ajuster la conductivité du milieu absorbant en ionisant plus ou moins le liquide polaire qu'il contient. The macroscopic conductivity properties of the absorbent medium can be checked by impregnating with carbon powder, a porous insulating foam, for example a polyurethane foam, as in certain electromagnetic field absorbents produced according to the first method. It is also possible to adjust the conductivity of the absorbent medium by more or less ionizing the polar liquid which it contains.
Ceci peut par exemple se faire en y dissolvant un sel.This can for example be done by dissolving a salt in it.
Le contrôle des propriétés macroscopiques de permittivité du milieu absorbant peut se faire en choisissant le liquide polaire incorporé dans le milieu absorbant pour sa forte permittivité, et en en dosant la proportion par rapport aux autres constituants. L'eau, qui a une permittivité de l'ordre de 80 à 1 MHz, et conserve une permittivité de l'ordre de 50 à 10 GHz, peut constituer un excellent choix de liquide polaire. I1 est également possible d'agir sur la permittivité du milieu absorbant en y incorporant de petites particules métalliques enrobées ou non d'une pellicule isolante, qui permettent d'en accroître la permittivité macroscopique, du fait de leur propriété de se polariser dans un champ électrique. The macroscopic permittivity properties of the absorbent medium can be checked by choosing the polar liquid incorporated in the absorbent medium for its high permittivity, and by determining the proportion relative to the other constituents. Water, which has a permittivity of around 80 to 1 MHz, and maintains a permittivity of around 50 to 10 GHz, can be an excellent choice for polar liquid. It is also possible to act on the permittivity of the absorbent medium by incorporating therein small metallic particles coated or not with an insulating film, which make it possible to increase the macroscopic permittivity, because of their property of polarizing in a field. electric.
Le contrôle des propriétés macroscopiques de perméabilité magnétique du milieu absorbant peut se faire en y insérant de petites particules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques, enrobées ou non d'une pellicule isolante. The macroscopic magnetic permeability properties of the absorbent medium can be checked by inserting small ferromagnetic or ferrimagnetic particles, whether or not coated with an insulating film.
I1 est possible de rendre ces particules suffisamment petites pour qu'elles aient un comportement magnétique monodomaine, ce qui permet d'obtenir une perméabilité magnétique très peu dépendante de la fréquence. Lorsque ces particules sont métalliques, elles sont également polarisables et peuvent de ce fait influencer la permittivité macroscopique du milieu absorbant. L'effet de peau dans le matériau qui constitue les particules ferromagnétique ou ferrimagnétique, risque de provoquer une diminution de la perméabilité magnétique macroscopique du milieu absorbant quand la fréquence croît. Les conséquences de ce phénomène pourront être limitées par le choix de particules de dimensions plus petites que l'épaisseur de peau dans le matériau qui les constitue, dans la bande de fréquence pertinente. It is possible to make these particles small enough so that they have a single domain magnetic behavior, which makes it possible to obtain a magnetic permeability which is very little dependent on the frequency. When these particles are metallic, they are also polarizable and can therefore influence the macroscopic permittivity of the absorbent medium. The skin effect in the material which constitutes the ferromagnetic or ferrimagnetic particles, risks causing a reduction in the macroscopic magnetic permeability of the absorbent medium when the frequency increases. The consequences of this phenomenon could be limited by the choice of particles of dimensions smaller than the skin thickness in the material which constitutes them, in the relevant frequency band.
Selon un mode de réalisation, un dispositif selon l'invention peut être réalisé à partir de panneaux étanches contenant le milieu absorbant, ces panneaux pouvant être fixés sur la paroi par un mécanisme spproprié ou par collage. According to one embodiment, a device according to the invention can be produced from sealed panels containing the absorbent medium, these panels being able to be fixed to the wall by a suitable mechanism or by gluing.
A titre d'exemple non limitatif, un dispositif selon l'invention pourra être réalisé à partir de blocs de poly uréthane, chaque bloc étant premièrement imprégné d'un mélange de latex, de carbone et d'une très fine poudre de ferrite, que l'on laisse adhérer à la mousse de polyuréthane, le bloc ainsi chargé étant ensuite disposé et collé dans une enveloppe imperméable à l'eau, puis imbibé d'eau distillée, une dernière opération consistant à fermer de façon étanche l'enveloppe imperméable, et à la munir de dispositifs de fixation permettant de la fixer sur une paroi. Les proportions des constituants pourront par exemple ajustées pour obtenir une conductivité de 0,1 S/m et une permittivité relative ainsi qu'une perméabilité magnétique relative de 10. By way of nonlimiting example, a device according to the invention could be produced from polyurethane blocks, each block being firstly impregnated with a mixture of latex, carbon and a very fine ferrite powder, which the polyurethane foam is allowed to adhere, the block thus loaded then being placed and glued in a waterproof envelope, then soaked with distilled water, a last operation consisting in sealingly closing the waterproof envelope, and to provide it with fixing devices making it possible to fix it on a wall. The proportions of the constituents may for example be adjusted to obtain a conductivity of 0.1 S / m and a relative permittivity as well as a relative magnetic permeability of 10.
Un dispositif selon l'invention pourra par exemple être appliqué à la réalisation de chamores anéchoïques ou semi-anéchoiques radiofréquences, ou encore à la réalisation de dispositifs ou de bâtiments ou de véhicules ayant une section efficace radar très faible. A device according to the invention could for example be applied to the production of anechoic or semi-anechoic radiofrequency chamores, or even to the production of devices or buildings or vehicles having a very low radar cross section.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR8908391A FR2648958B1 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | RADIO FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD ABSORPTION DEVICE |
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| FR8908391A FR2648958B1 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | RADIO FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD ABSORPTION DEVICE |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2648958A1 true FR2648958A1 (en) | 1990-12-28 |
| FR2648958B1 FR2648958B1 (en) | 1993-07-23 |
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ID=9383060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8908391A Expired - Fee Related FR2648958B1 (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | RADIO FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD ABSORPTION DEVICE |
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| FR (1) | FR2648958B1 (en) |
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- 1989-06-23 FR FR8908391A patent/FR2648958B1/en not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2648958B1 (en) | 1993-07-23 |
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