RU2122264C1

RU2122264C1 - Three-dimensional radio-absorbing structure

Info

Publication number: RU2122264C1
Application number: RU97117989A
Authority: RU
Inventors: А.М. Вирник; М.В. Глазачева; Л.М. Суслов
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1998-11-20

Abstract

FIELD: facing anechoic chambers; broad-band radio-absorbing structures. SUBSTANCE: structure is built up of similar tubular members with low volume content of absorbing material per volume unit of frontal surface and heterogeneous rear part (surface). Tubular members have same and/or different length and are made of thin-layer resistive material; they are randomly assembled in parallel to their axes; frontal parts of tubular-member walls facing incident wave are beveled through 10-30 deg. to member axis and opposite parts of walls are joined together; members are tightly arranged in structure without clearances between them so that tops of bevels of frontal parts and joined rear parts of members do not form regular structure. Low reflectivity of structure (-60 dB and lower) is obtained due to same type of tubular members forming it. EFFECT: enlarged operating wavelength range at reduced reflectivity. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к объемным радиопоглощающим структурам, используемым для облицовки безэховых камер с целью уменьшения отражения от стен и обеспечения в некотором объеме камеры - безэховой зоне - заданного малого уровня отражений, в частности к радиопоглощающим структурам широкодиапазонного типа. The invention relates to volumetric radar absorbing structures used for cladding anechoic chambers in order to reduce reflection from walls and provide a certain small volume of reflections in a certain volume of the chamber - anechoic zone, in particular, broadband type radar absorbing structures.

Известны объемные радиопоглощающие структуры, выполненные в виде размещенных на несущей поверхности шипов, пирамид или конусов, вершины которых направлены навстречу падающей электромагнитной волне (1). Volumetric radar absorbing structures are known, made in the form of spikes, pyramids or cones placed on a bearing surface, the vertices of which are directed towards the incident electromagnetic wave (1).

Эти материалы хорошо согласованы со "свободным пространством", электромагнитная волна, падающая на пирамиды, претерпевает многократное переотражение между стенками пирамид, прежде чем отразится в обратном направлении. Число переотражений тем больше, чем меньше угол при вершине пирамиды. Эта структура имеет малый коэффициент отражения в широком диапазоне частот, однако изготовление этой структуры очень сложный и трудоемкий процесс, связанный с получением пористого органического материала (пенополиуретана), пропитанного сажей с заданной объемной концентрацией. These materials are in good agreement with the “free space”, the electromagnetic wave incident on the pyramids undergoes repeated re-reflection between the walls of the pyramids before being reflected in the opposite direction. The number of reflections is greater, the smaller the angle at the top of the pyramid. This structure has a low reflection coefficient in a wide frequency range, however, the manufacture of this structure is a very complex and time-consuming process associated with the production of porous organic material (polyurethane foam) impregnated with soot with a given volume concentration.

Известна объемная радиопоглощающая структура, выполненная из ряда трубчатых элементов, ориентированных параллельно направлению распространения падающего излучения и состоящих из полиэфирного, эпоксидного или другого стеклопластика (2). Элементы расположены друг от друга на некотором расстоянии, меньшим 1/5 максимальной длины волны поглощающего излучения. Пространство между элементами заполнено пенополиуретаном. На внешнюю поверхность этих элементов наносят электропроводящее покрытие, в результате чего поверхностное сопротивление будет уменьшаться в направлении распространения электромагнитного излучения. Такой поглотитель обеспечивает ослабление сигнала 30 дБ и более в широком диапазоне длин волн. Элементы изготовлены методом намотки или прессования в прессформе. Структура обладает хорошей механической прочностью. Known volumetric radar absorbing structure made of a number of tubular elements oriented parallel to the direction of propagation of incident radiation and consisting of polyester, epoxy or other fiberglass (2). The elements are located at a certain distance from each other less than 1/5 of the maximum wavelength of the absorbing radiation. The space between the elements is filled with polyurethane foam. An electrically conductive coating is applied to the outer surface of these elements, as a result of which the surface resistance will decrease in the direction of electromagnetic radiation propagation. Such an absorber provides attenuation of a signal of 30 dB or more in a wide range of wavelengths. Elements are made by winding or pressing in a mold. The structure has good mechanical strength.

Наиболее близкой к заявляемой является объемная радиопоглощающая структура (3), содержащая набор трубчатых элементов, собранных параллельно их оси в наружной раме. Они могут быть одинаковой или различной высоты и/или диаметра и собраны в произвольном порядке в ячейки, образованные продольными пересекающимися элементами. Трубчатые элементы изготавливают из резистивного поглощающего материала включенного в материал трубок и/или нанесенного на него, например из картона, покрытого резистивным поглощающим материалом с изменяющимся электрическим импедансом в направлении, перпендикулярном к покрывающей поверхности. Поглощающий материал, например проводящую краску, наносят методом печати на непрерывный лист для получения необходимого образца, затем лист отрезают на необходимую длину и из него делают трубчатые элементы. Устройство может иметь очень сложный закон изменения импеданса путем соответственного расположения поглощающего материала на каждой поверхности, например, импеданс может меняться по экспоненциальному закону по глубине устройства, резко меняться в направлении от задней кромки устройства, постепенно меняться вблизи фронтальной поверхности и резко - вблизи задней. Closest to the claimed is a bulk radar absorbing structure (3) containing a set of tubular elements assembled parallel to their axis in the outer frame. They can be of the same or different height and / or diameter and are randomly assembled into cells formed by longitudinal intersecting elements. Tubular elements are made of resistive absorbent material incorporated into the tubes and / or deposited on it, for example, from cardboard coated with resistive absorbent material with varying electrical impedance in a direction perpendicular to the coating surface. Absorbing material, for example, conductive ink, is applied by printing onto a continuous sheet to obtain the desired sample, then the sheet is cut to the required length and tubular elements are made of it. The device can have a very complex law of impedance changes by the corresponding location of the absorbing material on each surface, for example, the impedance can vary exponentially along the depth of the device, change sharply in the direction from the rear edge of the device, gradually change near the front surface and sharply near the back.

Кроме того по (3) элементы, из которых состоит объемная радиопоглощающая структура, могут быть выполнены из трубок, внутри которых коаксиально расположена другая трубка меньшего диаметра. In addition, according to (3), the elements that make up the bulk radar absorbing structure can be made of tubes, inside which another tube of a smaller diameter is coaxially located.

В соответствии с (3) возможно изготовить объемную радиопоглощающую структуру, обладающую прочностью, легким весом, возможностью плотной упаковки и удобной доставки на место сборки. In accordance with (3), it is possible to produce a bulk radar absorbing structure with strength, light weight, the possibility of dense packaging and convenient delivery to the place of assembly.

Однако радиопоглощающая структура по (2) и (3), состоящая из указанных элементов без скосов, не позволяет получить низкий уровень коэффициента отраженная из-за недостаточного согласования объемной поглощающей структуры со свободным пространством, что ограничивает ослабление сигнала. However, the radar absorbing structure according to (2) and (3), consisting of these elements without bevels, does not allow to obtain a low level of the coefficient reflected due to insufficient matching of the volume absorbing structure with free space, which limits the signal attenuation.

Предлагаемое изобретение расширяет арсенал радиопоглощающих объемных структур широкодиапазонного типа для безэховых камер. The present invention extends the arsenal of wide-band type radio-absorbing bulk structures for anechoic chambers.

Использование предлагаемого изобретения позволит получить объемную радиопоглощающую структуру, работающую в широком диапазоне длин волн с низким уровнем коэффициента отражения (-60 дБ и менее) за счет создания ее из однотипных трубчатых элементов с низким объемным содержанием поглощающего материала, приходящегося на единицу объема фронтальной поверхности, и неоднородной задней частью (поверхностью). Using the invention, it will be possible to obtain a bulk radar absorbing structure operating in a wide range of wavelengths with a low level of reflection coefficient (-60 dB or less) by creating it from the same tubular elements with a low volumetric content of absorbing material per unit volume of the front surface, and heterogeneous back (surface).

Кроме того, предлагаемая структура, также как и в (3),имеет низкие весовые характеристики (вес одного блока размером 1000х1000х1000 мм составляет не более 5 кг), что немаловажно при монтаже безэховых камер, технологична и экономична, поскольку изготовление трубчатых элементов может производиться непосредственно на месте их применения, что не требует дорогостоящих перевозок радиопоглощающего материала, имеющего большой объем. In addition, the proposed structure, as well as in (3), has low weight characteristics (the weight of one block with a size of 1000x1000x1000 mm is not more than 5 kg), which is important when installing anechoic chambers, is technological and economical, since the manufacture of tubular elements can be carried out directly at the place of their use, which does not require expensive transportation of radar absorbing material having a large volume.

Сущность изобретения заключается в том, что в объемной радиопоглощающей структуре, содержащей трубчатые элементы одинаковой и/или разной длины, выполненных из тонкослойного резистивного материала и собранных произвольно параллельно их осям, фронтальные части стенок трубчатых элементов, обращенные в падающей волне, имеют скос под углом 10 - 30 градусов к оси элементов, а противоположные задние части стенок трубчатых элементов сомкнуты, причем элементы расположены в структуре плотно без зазоров, так что вершины скосов фронтальных частей элементов и сомкнутые задние части элементов не образуют регулярную структуру. The essence of the invention lies in the fact that in a volumetric radar absorbing structure containing tubular elements of the same and / or different length, made of a thin layer of resistive material and assembled arbitrarily parallel to their axes, the front parts of the walls of the tubular elements facing in the incident wave have a bevel at an angle of 10 - 30 degrees to the axis of the elements, and the opposite rear parts of the walls of the tubular elements are closed, and the elements are arranged tightly without gaps in the structure, so that the tops of the bevels of the front parts ementov serried and rear portions of the elements do not form a regular structure.

Кроме того, структура может быть выполнена с профилированным скосом, имеющим зигзагообразную форму, с по крайней мере двумя зубцами. In addition, the structure can be made with a profiled bevel having a zigzag shape, with at least two teeth.

Кроме того, структура может быть выполнена с профилированным скосом, имеющим экспоненциальную форму. In addition, the structure can be performed with a profiled bevel having an exponential shape.

Кроме того, в структуре сомкнутые части стенок трубчатых элементов могут образовывать рельефную торцевую поверхность. In addition, in the structure, the closed parts of the walls of the tubular elements can form a raised end surface.

Кроме того, в структуре сомкнутые части стенок трубчатых элементов могут образовывать клин. In addition, in the structure, the closed parts of the walls of the tubular elements can form a wedge.

Чем меньше угол скоса при вершине трубчатого элемента, тем меньше коэффициент отражения падающего излучения, однако при угле скоса менее 10 градусов уменьшается механическая прочность вершины скоса элемента. Выбор угла скоса при вершине элемента более 30 градусов приведет к увеличению коэффициента отражения. The smaller the bevel angle at the apex of the tubular element, the lower the reflection coefficient of the incident radiation, however, when the bevel angle is less than 10 degrees, the mechanical strength of the bevel top decreases. Choosing a bevel angle at an apex of the element of more than 30 degrees will increase the reflection coefficient.

Форма профилированного скоса выбирается в каждом конкретном случае такой, чтобы обеспечить наилучшее согласование трубчатых элементов со свободным пространством, причем часть элемента между вершиной скоса и его концом является согласующим слоем. В случае выполнения зигзагообразного профилированного скоса с несколькими зубцами общий коэффициент отражения снижается за счет интерференции отраженных от этих зубцов волн. В случае экспоненциального профиля скоса достигается снижение толщины согласующего слоя (длина слоев уменьшается) из-за соответствующего плавного изменения объемной концентрации проводящего материала. The shape of the profiled bevel is selected in each case so as to ensure the best matching of the tubular elements with free space, and the part of the element between the top of the bevel and its end is a matching layer. In the case of a zigzag shaped bevel with several teeth, the total reflection coefficient is reduced due to the interference of waves reflected from these teeth. In the case of an exponential bevel profile, a reduction in the thickness of the matching layer is achieved (the length of the layers decreases) due to a corresponding smooth change in the volume concentration of the conductive material.

Смыкание стенки трубчатого в задней его части и формирование рельефной поверхности или клина приводит к диффузному рассеиванию падающей электромагнитной волны внутри объемной структуры. The closure of the tubular wall in its rear part and the formation of a relief surface or wedge leads to diffuse scattering of the incident electromagnetic wave within the bulk structure.

Выполнение структуры из скошенных трубчатых элементов одинаковой и/или разной длины и/или смещенных друг относительно друга по высоте также приводит к снижению коэффициента отражения. The implementation of the structure of the beveled tubular elements of the same and / or different lengths and / or offset relative to each other in height also reduces the reflection coefficient.

Таким образом, выполнение полых элементов из резистивного материала и трех последовательно расположенных частей - скошенной, трубчатой и сомкнутой с образованием неровной поверхности в торцевой части трубки - позволяет за счет многократного переотражения и диффузного рассеивания переводить в стенках безэховых падающее электромагнитное излучение в тепловую энергию с низким коэффициентом отражения. Thus, the implementation of hollow elements from a resistive material and three successive parts - beveled, tubular and closed with the formation of an uneven surface in the end part of the tube - allows repeated electromagnetic reflection and diffuse scattering in the walls of anechoic walls to convert incident electromagnetic radiation into thermal energy with a low coefficient reflection.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен трубчатый элемент с сомкнутой задней частью в виде клина, на фиг. 2 изображен трубчатый элемент со скосом зигзагообразной формы с двумя зубцами и сомкнутой частью, образующую рельефную заднюю поверхность, на фиг. 3 изображен трубчатый элемент со скосом, имеющим экспоненциальную форму, на фиг. 4 изображен вид структуры в изометрии. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a tubular element with a closed back in the form of a wedge, in FIG. 2 shows a tubular element with a zigzag bevel with two teeth and a closed part, forming a relief rear surface, in FIG. 3 shows a tubular element with a bevel having an exponential shape, FIG. 4 is a perspective view of the structure.

Объемная радиопоглощающая структура состоит из набора трубчатых элементов, собранных параллельно их оси плотно без зазоров. Трубчатые элементы выполнены из тонкослойного резистивного материала. Стенки 1 фронтальной части трубчатых элементов, обращенные к падающей волне, имеют скос 2 под углом 10 - 30 градусов к оси элемента, а задние части 3 стенки 1 трубчатых элементов сомкнуты, образуя неровную поверхность в торце элементов, например рельефную в форме клина. Выполненные таким образом элементы могут собираться в различные блоки - прямоугольного треугольного, круглого и т.п. сечений, гирлянды, полосы и т. п. структуры, причем трубчатые элементы могут иметь одинаковую и/или разную длину и размещаться в блоках как на одинаковом уровне по высоте, так и со смещением трубчатых элементов по высоте друг относительно друга. Кроме того, элементы в структуре собраны произвольно, таким образом, что вершины скосов и сомкнутые задние части трубок не образуют регулярную структуру. Volumetric radar absorbing structure consists of a set of tubular elements assembled parallel to their axis tightly without gaps. The tubular elements are made of a thin layer of resistive material. The walls 1 of the front part of the tubular elements facing the incident wave have a bevel 2 at an angle of 10 - 30 degrees to the axis of the element, and the rear parts 3 of the wall 1 of the tubular elements are closed, forming an uneven surface at the end of the elements, for example, a wedge-shaped relief. Elements made in this way can be assembled into various blocks - rectangular triangular, round, etc. sections, garlands, strips, etc., structures, and the tubular elements can have the same and / or different lengths and are placed in blocks at the same level in height and with the displacement of the tubular elements in height relative to each other. In addition, the elements in the structure are assembled arbitrarily, so that the tops of the bevels and closed backs of the tubes do not form a regular structure.

Скос фронтальной части трубчатого элемента может быть выполнен профилированным, например экспоненциальной или зигзагообразной формы с по крайней мере двумя зубцами с острыми углами при вершине
При попадании электромагнитного излучения на объемную радиопоглащающую структуру в резистивных стенках 1 трубчатых элементов наводятся токи и падающая электромагнитная энергия превращается в тепловую энергию. Одновременно с поглощением энергии происходит переотражение и диффузное рассеяние в трубчатой части элемента и произвольно расположенных скошенных 2 и сомкнутых 3 частях элементов, которое усиливает взаимодействие волны с поглотителем.The bevel of the front of the tubular element can be made profiled, for example, exponential or zigzag in shape with at least two teeth with sharp angles at the apex
When electromagnetic radiation hits a bulk radar absorbing structure in the resistive walls of 1 tubular elements, currents are induced and the incident electromagnetic energy is converted into thermal energy. Simultaneously with the absorption of energy, re-reflection and diffuse scattering occurs in the tubular part of the element and randomly located beveled 2 and closed 3 parts of the elements, which enhances the interaction of the wave with the absorber.

Трубчатые элементы для объемной радиопоглощающей структуры изготавливают из тонкослойного (от 50 до 150 мкм) листового негорючего резистивного материала, например из бумаги, пропитанной сажей. Профилированный скос выполняют методом вырубки. Смыкание и формирование рельефной поверхности или клина в задней торцевой части 3 элемента осуществляют путем склеивания, сшивания или зажима задней части трубки. Tubular elements for a volumetric radar absorbing structure are made of a thin layer (from 50 to 150 μm) sheet of non-combustible resistive material, for example, paper impregnated with soot. Profiled bevel is performed by cutting method. Closing and forming a relief surface or wedge in the rear end part 3 of the element is carried out by gluing, stitching or clamping the back of the tube.

Изобретение продемонстрировано на примерах (см. таблицу) изготовления объемной радиопоглощающей структуры, состоящей из блоков, набранных из одинаковых по высоте элементов длиной 1000 мм с одинаковыми углами скосов 2 при вершине и сомкнутыми задними частями 3 элементов с образованием рельефной поверхности. Элементы изготовлены из бумаги, пропитанной сажей, и расположены в блоке произвольно без образования на фронтальной и задней поверхностях блоков регулярной структуры. The invention is illustrated by examples (see table) of the manufacture of a three-dimensional radar absorbing structure consisting of blocks composed of elements of the same height 1000 mm long with the same bevel angles 2 at the apex and closed back parts 3 of the elements with the formation of a relief surface. The elements are made of soot-soaked paper and are arranged randomly in the block without forming a regular structure on the front and back surfaces of the blocks.

Как видно из таблицы, полученная структура может работать в широком диапазоне длин волн с низким коэффициентом отражения, что делает возможным применением ее для облицовки безэховых камер. As can be seen from the table, the resulting structure can operate in a wide range of wavelengths with a low reflection coefficient, which makes it possible to use it for facing anechoic chambers.

Источники информации, принятые во внимание:
1. М. Ю. Мицмахер и В. А. Торгованов "Безэховые камеры СВЧ", Москва, "Радио и связь", 1982 г., стр. 22.Sources of information taken into account:
1. M. Yu. Mitsmakher and V. A. Torganov "Anechoic Chambers of the Microwave", Moscow, "Radio and Communications", 1982, p. 22.

2. "Зарубежная электроника", 1972 г., N 7, обзор Я.А. Шнейдермана "Новые радиопоглощающие материалы", стр. 126. 2. "Foreign Electronics", 1972, N 7, review by Ya.A. Schneiderman, “New Radar Absorbing Materials,” p. 126.

3. "Устройство для поглощения энергии", РСТ. заявка N 96/00992, МКИ: H 01 Q 17/00. 3. "Device for energy absorption", PCT. Application N 96/00992, MKI: H 01 Q 17/00.

Claims

1. Volumetric radar absorbing structure containing tubular elements of the same and / or different lengths made of thin-layer resistive material and assembled randomly parallel to their axes, characterized in that the front parts of the walls of the elements facing the incident wave have a bevel at an angle of 10-30 degrees to the axis of the element, and the opposite rear parts of the walls of the elements are closed, and the tubular parts of the elements are arranged tightly without gaps in the structure so that the vertices of the bevels of the front parts of the elements and the closed rear part of the elements do not form a regular structure.

2. The structure according to claim 1, characterized in that the bevel is made profiled.

3. The structure according to claim 2, characterized in that the shaped bevel has a zigzag shape with at least two teeth.

4. The structure according to claim 2, characterized in that the shaped bevel has an exponential shape.

5. The structure according to claim 1, characterized in that the closed parts of the walls of the elements form a raised end surface.

6. The structure according to claim 1, characterized in that the closed parts of the walls of the elements form a wedge.