RU2362220C1 - Device for absorbing electromagnetic radiation - Google Patents
Device for absorbing electromagnetic radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362220C1 RU2362220C1 RU2007145907/28A RU2007145907A RU2362220C1 RU 2362220 C1 RU2362220 C1 RU 2362220C1 RU 2007145907/28 A RU2007145907/28 A RU 2007145907/28A RU 2007145907 A RU2007145907 A RU 2007145907A RU 2362220 C1 RU2362220 C1 RU 2362220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- vibrators
- layer
- layers
- matching
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области СВЧ-техники, а именно к поглотителям электромагнитного излучения для оборудования ими безэховых камер, используемых для испытания радио-, теле - и других электротехнических устройств.The invention relates to the field of microwave technology, namely, to absorbers of electromagnetic radiation for equipping them with anechoic chambers used for testing radio, television, and other electrical devices.
Известен поглотитель электромагнитного излучения, который выполнен в виде трех слоев: внешнего и нижнего из диэлектрических материалов и расположенного между ними среднего слоя электропроводящего материала. К недостаткам поглотителя следует отнести узкий рабочий диапазон частот (Авт. св. №1786567, Н01Q 17/00, Бюл. №1, 07.01.93).A known absorber of electromagnetic radiation, which is made in the form of three layers: the outer and lower of the dielectric materials and the middle layer of electrically conductive material located between them. The disadvantages of the absorber include a narrow operating frequency range (Aut. St. No. 1786567, H01Q 17/00, Bull. No. 1, 01/07/93).
Известен поглотитель электромагнитного излучения, который состоит из диэлектрических волокон и полимерного связующего и из расположенных в активных слоях проводящих поглощающих элементов (Патент RU №2231181, Н01Q 17/00, Бюл. №17, 20.06.2001). Диэлектрическая проницаемость элементов возрастает от наружного активного слоя к активным внутренним слоям и металлу. Поглощающие элементы выполнены из углеграфитовой ткани и образуют дифракционные решетки. Этот поглотитель работает в узком диапазоне частот.A known absorber of electromagnetic radiation, which consists of dielectric fibers and a polymeric binder and of conductive absorbing elements located in the active layers (Patent RU No. 2231181, H01Q 17/00, Bull. No. 17, 06/20/2001). The dielectric constant of the elements increases from the outer active layer to the active inner layers and metal. Absorbing elements are made of carbon-graphite fabric and form diffraction gratings. This absorber operates in a narrow frequency range.
Наиболее близким техническим решением по конструкции и достигаемому результату (прототип) является «Устройство для поглощения электромагнитного излучения» (RU, пат. №2169952, G12В 17/00, Н01Q 17/00, Н05К 9/00, Бюл. №18 от 27.06.01). Это устройство состоит из ферритовой подложки и нанесенного на него согласующего диэлектрического слоя с углеродным наполнителем. Согласующий диэлектрический слой представляет собой слоистую структуру, состоящую из плоских слоев звукопоглощающего материала различной плотности, причем плотность слоев уменьшается по мере удаления от ферритовой подложки. Устройство работает в широком диапазоне частот от 20-30000 МГц и имеет звукопоглощающие свойства, но имеет большой вес из-за большой толщины ферритовой подложки 65 мм.The closest technical solution for the design and the achieved result (prototype) is "Device for the absorption of electromagnetic radiation" (RU, US Pat. No. 2169952, G12B 17/00, H01Q 17/00, H05K 9/00, Bull. No. 18 dated 27.06. 01). This device consists of a ferrite substrate and a matching dielectric layer with a carbon filler deposited on it. Matching dielectric layer is a layered structure consisting of flat layers of sound-absorbing material of different densities, and the density of the layers decreases with distance from the ferrite substrate. The device operates in a wide frequency range from 20-30000 MHz and has sound-absorbing properties, but has a large weight due to the large thickness of the 65 mm ferrite substrate.
Техническим результатом изобретения является создание широкополосного устройства для поглощения электромагнитного излучения, уменьшение его веса и коэффициента отражения в диапазоне частот, а также упрощение технологии изготовления и монтажа на стены безэховых камер (БЭК).The technical result of the invention is the creation of a broadband device for absorbing electromagnetic radiation, reducing its weight and reflection coefficient in the frequency range, as well as simplifying the manufacturing technology and mounting on the walls of anechoic chambers (BEC).
Конструкция устройства для поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ) поясняется чертежами и таблицей.The design of the device for absorbing electromagnetic radiation (EMP) is illustrated by drawings and a table.
Фиг.1. Конструкция устройства. Введены обозначения: 1 - плоский металлический экран; 2 - плоский диэлектрический слой материала без диэлектрических потерь; 3 - плоский ферритовый слой; 4 - плоский пакет диэлектрического радиопоглощающего материала (РПМ).Figure 1. Device design. Designations are introduced: 1 - a flat metal screen; 2 - a flat dielectric layer of material without dielectric loss; 3 - flat ferrite layer; 4 - a flat package of dielectric radar absorbing material (RPM).
Фиг.2. Графики изменения значений коэффициента отражения в диапазоне частот, для заявляемого устройства (сплошная кривая) и устройства-прототипа (пунктирная кривая). На оси ординат графиков отложены значения коэффициента отражения заявляемого устройства и прототипа, на оси абсцисс - диапазон частот в МГц.Figure 2. Graphs of changes in the values of the reflection coefficient in the frequency range for the inventive device (solid curve) and the prototype device (dashed curve). On the ordinate axis of the graphs the reflectance values of the claimed device and prototype are plotted, on the abscissa axis is the frequency range in MHz.
Фиг.3. Таблица. Концентрация полупроводящих вибраторов в диэлектрических слоях плоского пакета диэлектрического материала. В таблице введены обозначения: № слоя плоского пакета РПМ 4; К - концентрация полупроводящих вибраторов в диэлектрических слоях плоского пакета РПМ 4.Figure 3. Table. The concentration of semiconductor vibrators in the dielectric layers of a flat packet of dielectric material. The following notation is introduced in the table: No. of a layer of a flat package RPM 4; K is the concentration of semiconducting vibrators in the dielectric layers of a flat package RPM 4.
Устройство для поглощения ЭМИ состоит (фиг.1) из плоского металлического экрана 1, плоского ферритового слоя 3, плоского диэлектрического слоя без диэлектрических потерь 2, размещенного между экраном 1 и теневой стороной ферритового слоя 3, и плоского согласующего диэлектрического пакета РПМ 4. Устройство для поглощения ЭМИ выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда.The device for absorbing electromagnetic radiation (Fig. 1) consists of a flat metal screen 1, a flat ferrite layer 3, a flat dielectric layer without dielectric loss 2, located between the screen 1 and the shadow side of the ferrite layer 3, and a flat matching RPM dielectric package 4. The device for EMP absorption is made in the form of a rectangular parallelepiped.
В качестве металлического экрана 1 может быть применен листовой металл, например листы железа, металлическая фольга или металлическая стена БЭК, на которой крепится устройство для поглощения.As the metal screen 1, sheet metal, for example sheets of iron, a metal foil or a metal wall of the BEC, on which the absorption device is mounted, can be used.
Плоский диэлектрический слой 2 выполнен из диэлектрика без потерь толщиной 9,0-9,5 мм, например, из древесностружечной (ДСП) или древесноволокнистой плиты (ДВП) и размещен между экраном 1 и теневой стороной ферритового слоя 3.The flat dielectric layer 2 is made of lossless dielectric with a thickness of 9.0-9.5 mm, for example, of particleboard (chipboard) or fiberboard (MDF) and is placed between the screen 1 and the shadow side of the ferrite layer 3.
Плоский ферритовый слой 3 выполнен из прилегающих вплотную друг к другу квадратных ферритовых плиток толщиной 6,6±0,1 мм с размерами ширины и длины 60×60±0,1 мм.Flat ferrite layer 3 is made of adjacent adjacent to each other square ferrite tiles with a thickness of 6.6 ± 0.1 mm with dimensions of width and length 60 × 60 ± 0.1 mm.
Согласующий диэлектрический пакет РПМ 4 состоит из плоских не менее 10 диэлектрических слоев одинаковой толщины с изменяющейся относительной диэлектрической проницаемостью в диапазоне частот. Крепится пакет РПМ 4 на освещенной ЭМИ стороне ферритового слоя 3.Matching dielectric package RPM 4 consists of at least 10 flat dielectric layers of the same thickness with varying relative permittivity in the frequency range. The RPM 4 package is attached on the EMR-lit side of the ferrite layer 3.
Первые два диэлектрических слоя согласующего пакета 4, считая от ферритового слоя, не имеют диэлектрических потерь.The first two dielectric layers of matching packet 4, counting from the ferrite layer, have no dielectric losses.
Последующие диэлектрические слои пакета 4 заполнены с хаотически распределенными в материале диэлектрика полупроводящими вибраторами из науглероженных вискозных нитей со средней толщиной 0,009 мм, длиной 9-10 мм и удельным объемным сопротивлением 0,008±5% Ом·см и имеют одинаковую концентрацию в одном слое. Вибраторы обеспечивают диэлектрические потери в слоях пакета 4.The subsequent dielectric layers of packet 4 are filled with semiconducting vibrators made of carburized viscose filaments randomly distributed in the dielectric material with an average thickness of 0.009 mm, a length of 9-10 mm, and a specific volume resistance of 0.008 ± 5% Ohm · cm and have the same concentration in one layer. Vibrators provide dielectric losses in the layers of the package 4.
Концентрация вибраторов К, начиная с третьего до среднего диэлектрического слоя согласующего пакета 4, увеличиваются от 0,3·10-5±5% до экстремального значения их концентрации среднего диэлектрического слоя согласующего пакета, равного 2·10-5±5%, а затем значение концентрации уменьшается, причем значение концентрации полупроводящих вибраторов последнего слоя согласующего пакета 4 равно концентрации вибраторов 3 диэлектрического слоя согласующего пакета 4. Такой закон изменения концентрации вибраторов, совместно с применением диэлектрического слоя 2 между экраном 1 и ферритовым слоем 3, обеспечивает согласование феррита со свободным пространством, благодаря чему коэффициент отражения предложенного устройства меньше, чем у прототипа, во всем диапазоне частот 30-18000 МГц (фиг.2).The concentration of vibrators K, starting from the third to the middle dielectric layer of the matching package 4, increase from 0.3 · 10 -5 ± 5% to the extreme value of their concentration of the average dielectric layer of the matching package, equal to 2 · 10 -5 ± 5%, and then the concentration value decreases, and the concentration value of the semiconducting vibrators of the last layer of the matching package 4 is equal to the concentration of vibrators 3 of the dielectric layer of the matching package 4. This law changes the concentration of vibrators, together with the use of dielectric one layer 2 between the screen 1 and ferrite layer 3 aligns ferrite with free space, whereby the reflection coefficient of the apparatus is less than the prototype, in the entire frequency range 30-18000 MHz (Figure 2).
При монтаже устройства для поглощения электромагнитного излучения на внутреннюю металлическую поверхность безэховой камеры (БЭК), которая в этом случае служит экраном 1 устройства для поглощения ЭМИ, заблаговременно ферритовые плитки вплотную приклеивают на панель из ДВП. Панель болтами крепят к плоской металлической поверхности БЭК. На ферритовую поверхность наклеивают плоскослоистый согласующий диэлектрический пакет 4.When mounting the device for absorbing electromagnetic radiation on the inner metal surface of the anechoic chamber (BEC), which in this case serves as the screen 1 of the device for absorbing electromagnetic radiation, the ferrite tiles are glued to the fiberboard panel in advance. The panel is bolted to the BEC flat metal surface. A flat-layered matching dielectric package 4 is glued onto the ferrite surface.
Практическое осуществление изобретения.Practical implementation of the invention.
Была изготовлена партия опытных образцов устройства для поглощения ЭМИ. Опытный образец устройства состоит (фиг.1) из плоского металлического экрана 1, плоского диэлектрического 2, плоского ферритового слоя 3 из ферритовых плиток и согласующего пакета 4. Опытный образец устройства выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда толщиной 350 мм и квадратным основанием с размерами 600×600 мм (фиг.1).A batch of prototypes of an EMP absorption device was manufactured. The prototype device (Fig. 1) consists of a flat metal screen 1, a flat dielectric 2, a flat ferrite layer 3 of ferrite tiles and a matching package 4. The prototype device is made in the form of a rectangular parallelepiped with a thickness of 350 mm and a square base with dimensions 600 × 600 mm (Fig. 1).
В качестве металлического экрана 1 применена алюминиевая фольга толщиной 0,1 мм, шириной и длиной 600×600 мм, которая наклеена на теневую сторону диэлектрического слоя 2. Плоский диэлектрический слой 2 выполнен из ДВП толщиной 9,5 мм.As the metal screen 1, aluminum foil 0.1 mm thick, 600 × 600 mm wide and long was applied, which is glued to the shadow side of the dielectric layer 2. The flat dielectric layer 2 is made of fiberboard 9.5 mm thick.
Плоский ферритовый слой 3 выполнен из прилегающих вплотную друг к другу ферритовых пластинок толщиной 6,6 мм, с размерами ширины и длины 60×60 мм, из феррита марки «Феррилен», который наклеен на другую сторону плоского диэлектрического слоя 2.The flat ferrite layer 3 is made of adjacent ferrite plates 6.6 mm thick, with a width and length of 60 × 60 mm, made of ferrite brand "Ferrilen", which is glued to the other side of a flat dielectric layer 2.
Согласующий диэлектрический пакет РПМ 4 состоит из 11 плоских диэлектрических слоев толщиной 30 мм каждый с изменяющейся от частоты относительной комплексной диэлектрической проницаемостью, который приклеен на освещенную ЭМИ сторону ферритового слоя 3.Matching dielectric package RPM 4 consists of 11 flat dielectric layers with a thickness of 30 mm each with a relative complex dielectric constant that varies from frequency, which is glued to the EMR illuminated side of the ferrite layer 3.
Первые два диэлектрических слоя согласующего пакета 4, считая от ферритового слоя 3, не имеют диэлектрических потерь и выполнены из вспененного асбеста.The first two dielectric layers of matching packet 4, counting from the ferrite layer 3, have no dielectric losses and are made of foamed asbestos.
Диэлектрические слои с 3-го по 11-й согласующего пакета 4 выполнены из вспененного асбеста с хаотически распределенными в нем полупроводящими вибраторами из науглероженных вискозных нитей толщиной 0,009 мм, длиной 10 мм и удельным объемным сопротивлением 0,008 Ом·см. Концентрация вибраторов в одном слое одинаковая.The dielectric layers from the 3rd to the 11th matching package 4 are made of foamed asbestos with randomly distributed semiconducting vibrators in it from carbonized viscose filaments with a thickness of 0.009 mm, a length of 10 mm and a specific volume resistance of 0.008 Ohm · cm. The concentration of vibrators in one layer is the same.
Значения оптимальной концентрации полупроводящих вибраторов для каждого диэлектрического слоя с потерями были получены расчетным путем. Результаты расчета приведены в таблице фиг.3. Из этой таблицы видно, что концентрация вибраторов, начиная с третьего до среднего слоя пакета, увеличиваются от 0,3·10-5 до экстремального значения концентрации среднего слоя пакета, равного 2·10-5, а затем значение концентрации полупроводящих вибраторов уменьшается, причем значение концентрации полупроводящих вибраторов последнего слоя, равно концентрации вибраторов 3 слоя. Такой закон изменения концентрации вибраторов, совместно с применением диэлектрического слоя 2 между экраном 1 и ферритовым слоем 3, обеспечил согласование устройства для поглощения ЭМИ со свободным пространством.The values of the optimal concentration of semiconducting vibrators for each dielectric layer with losses were obtained by calculation. The calculation results are shown in the table of figure 3. From this table it can be seen that the concentration of vibrators, starting from the third to the middle layer of the packet, increases from 0.3 · 10 -5 to the extreme value of the concentration of the middle layer of the packet, equal to 2 · 10 -5 , and then the concentration value of the semiconductor vibrators decreases, and the concentration value of the semiconducting vibrators of the last layer is equal to the concentration of vibrators of 3 layers. Such a law of changing the concentration of vibrators, together with the use of a dielectric layer 2 between the screen 1 and the ferrite layer 3, ensured the coordination of the device for absorbing EMR with free space.
Минимизация значений коэффициента отражения устройства для поглощения была произведена расчетным путем методом итерации в диапазоне частот от 30 до 18000 МГц. После изготовления устройства по результатам расчета было произведено измерение реального коэффициента отражения во всем диапазоне частот с помощью широкополосного рефлектометра. Результаты эксперимента приведены на фиг.2 (ломаная сплошная линия). Для сравнения на этом же чертеже представлен график зависимости коэффициента отражения прототипа в том же диапазоне частот (ломаная пунктирная линия). Как видно из этих графиков, значения коэффициента отражения заявляемого устройства во всем диапазоне частот меньше, чем у прототипа.The reflection coefficient of the absorption device was minimized by calculation using the iteration method in the frequency range from 30 to 18000 MHz. After manufacturing the device according to the calculation results, the real reflection coefficient was measured over the entire frequency range using a broadband reflectometer. The results of the experiment are shown in figure 2 (broken solid line). For comparison, the same drawing shows a graph of the reflection coefficient of the prototype in the same frequency range (broken dashed line). As can be seen from these graphs, the reflection coefficient of the claimed device in the entire frequency range is less than that of the prototype.
Состав примененного феррита марки «Феррилен» и его технология изготовления обеспечивают поглощение ЭМИ в рабочем диапазоне частот 30-1800 МГц между резонансом доменных границ и естественным ферромагнитным резонансом, где вещественная часть магнитной проницаемости четная функция частоты, а мнимая - нечетная, у которой основной член - произведение намагниченности насыщения умноженной на поле анизотропии, деленное на частоту.The composition of the Ferrite brand ferrite used and its manufacturing technology ensure the absorption of EMP in the operating frequency range of 30-1800 MHz between the resonance of domain walls and natural ferromagnetic resonance, where the real part of the magnetic permeability is an even frequency function and the imaginary part is odd, with the main term being the product of saturation magnetization times the anisotropy field divided by the frequency.
Перед монтажом образцов устройства для поглощения ЭМИ на внутреннюю металлическую поверхность безэховой камеры (БЭК) ферритовые плитки приклеивались на панель из ДВП, с другой стороны которой приклеивалась алюминиевая фольга. На ферритовую поверхность наклеивался плоскослоистый согласующий диэлектрический пакет 4.Before mounting samples of the device for absorbing EMR onto the inner metal surface of the anechoic chamber (BEC), ferrite tiles were glued to a fiberboard panel, on the other side of which aluminum foil was glued. A flat-layered matching dielectric packet 4 was glued onto the ferrite surface.
По сравнению с прототипом в устройстве, выполненном по изобретению, существенно уменьшена толщина ферритового слоя, что значительно уменьшило массу феррита (в 8 раз). Наличие панели, выполненной из ДВП - диэлектрического слоя без потерь 2, обеспечило требуемый зазор 9,5 мм между ферритом и металлическим экраном, необходимый для увеличения поглощения электромагнитного излучения на частотах более 300 МГц, и упростило монтаж поглощающего устройства на стены БЭК. Присутствие двух диэлектрических слоев без потерь (1-го и 2-го) в согласующем пакете 4 предложенного устройства существенно увеличило поглощение ЭМИ в ферритовом слое в резонансной области.Compared with the prototype in the device made according to the invention, the thickness of the ferrite layer is significantly reduced, which significantly reduced the mass of ferrite (8 times). The presence of a panel made of fiberboard - lossless dielectric layer 2, provided the required gap of 9.5 mm between the ferrite and the metal screen, necessary to increase the absorption of electromagnetic radiation at frequencies of more than 300 MHz, and simplified the installation of the absorbing device on the walls of the BEC. The presence of two lossless dielectric layers (1st and 2nd) in matching package 4 of the proposed device significantly increased the absorption of EMR in the ferrite layer in the resonance region.
Технический результат изобретения достигнут, создано широкополосное устройство для поглощения электромагнитного излучения, уменьшены его вес и коэффициент отражения. Упрощены технологии изготовления устройства поглощения ЭМИ и монтажа на металлические стены БЭК.The technical result of the invention is achieved, a broadband device for absorbing electromagnetic radiation is created, its weight and reflection coefficient are reduced. Simplified manufacturing techniques for an EMR absorption device and mounting on BEC metal walls.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145907/28A RU2362220C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for absorbing electromagnetic radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145907/28A RU2362220C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for absorbing electromagnetic radiation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2362220C1 true RU2362220C1 (en) | 2009-07-20 |
Family
ID=41047305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007145907/28A RU2362220C1 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for absorbing electromagnetic radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2362220C1 (en) |
-
2007
- 2007-12-12 RU RU2007145907/28A patent/RU2362220C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kazantsev et al. | Broadening of operating frequency band of magnetic-type radio absorbers by FSS incorporation | |
CN106469858B (en) | Wave absorber structure | |
US8466825B2 (en) | Combined electromagnetic wave absorber | |
CN108899656B (en) | Salisbury wave-absorbing screens loaded with FSS | |
KR102129386B1 (en) | Ultrawide Bandwidth Electromagnetic Wave Absorbers Using High-Capacitive Spiral Frequency Selective Surfaces | |
Hoang et al. | Lightweight electromagnetic shields using optimized polyaniline composites in the microwave band | |
KR101826355B1 (en) | Electromagnetic wave reverberation chamber | |
US6359581B2 (en) | Electromagnetic wave abosrber | |
Joozdani et al. | Wideband absorber with combination of plasma and resistive frequency selective surface | |
US6057796A (en) | Electromagnetic wave absorber | |
JP3030453B2 (en) | Broadband radio wave absorber | |
Zhang et al. | Design and measurement of microwave absorbers comprising resistive frequency selective surfaces | |
CN110429389B (en) | Wave-absorbing structure | |
JP2003243876A (en) | Method of changing characteristics of electric wave absorption material | |
RU2362220C1 (en) | Device for absorbing electromagnetic radiation | |
Kim et al. | A study on the behavior of laminated electromagnetic wave absorber | |
Munir et al. | Effect of surface resistor loading on high‐impedance surface radar absorber return loss and bandwidth | |
Kaur et al. | A Review Based on Effects of Change in Thickness and Number of Layers on Microwave Absorbing Materials | |
JPH06132691A (en) | Radio wave absorber | |
RU2400883C1 (en) | Electromagnetic wave absorber | |
Araneo et al. | Low-frequency intertwined spiral-aperture absorbers for Shielded enclosures | |
Toyota et al. | Stopband characteristics of planar-type electromagnetic bandgap structure with ferrite film | |
US6738008B1 (en) | Matching network hybrid electro-magnetic compatibility absorber | |
Savi et al. | Shielding Effectiveness Measurements of Drywall Panel Coated with Biochar Layers. Electronics. 2022; 11: 2312 | |
Liu | Analysis of the effect of ferrite tile gap on EMC chamber having ferrite absorber walls |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170227 |