RU2402845C1

RU2402845C1 - Electromagnetic wave absorber

Info

Publication number: RU2402845C1
Application number: RU2009140505/07A
Authority: RU
Inventors: Виктор Леонидович Зефиров (RU); Виктор Леонидович Зефиров; Наталья Евгеньевна Неводчикова (RU); Наталья Евгеньевна Неводчикова; Дмитрий Владимирович Кирпичев (RU); Дмитрий Владимирович Кирпичев
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2010-10-27

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: electromagnetic wave absorber contains polymer binder - compound "Viksint PK-68", radar absorbent filler - carbonyl nickel mixed with graphite at the following ratio of components, wt %: compound "Viksint PK-68" - 30-40, carbonyl nickel - 50-55, graphite - balance.

EFFECT: production of elastic absorbing composition having low coefficient of reflection in microwave range and stability of absorbing characteristics in process of durable operation in moist medium.

2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поглощения электромагнитных излучений в антенно-фидерных системах и СВЧ-блоках.The invention relates to radio engineering and can be used to absorb electromagnetic radiation in antenna-feeder systems and microwave units.

Известны материалы на основе карбонильного железа и полимерного связующего, приведенные в ОСТ 107.460007.006-92 «Материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии», содержащие карбонильное железо и полимерное связующее на основе эпоксидной или полиуретановой смолы в весовых соотношениях:Known materials based on carbonyl iron and a polymeric binder are given in OST 107.460007.006-92 “Materials for volumetric absorbers of high-frequency energy” containing carbonyl iron and a polymeric binder based on epoxy or polyurethane resin in weight ratios:

карбонильное железоcarbonyl iron от 39 до 90%from 39 to 90% полимерное связующееpolymer binder от 10 до 61%from 10 to 61%

Недостатками этих материалов являются низкая эластичность, недостаточная теплостойкость (до +150°С), высокий коэффициент отражения на частотах от 57 до 70 ГГц, нестабильность поглощающих характеристик из-за окисления железа при длительной эксплуатации во влажной среде.The disadvantages of these materials are low elasticity, insufficient heat resistance (up to + 150 ° C), high reflection coefficient at frequencies from 57 to 70 GHz, instability of absorbing characteristics due to oxidation of iron during prolonged use in a humid environment.

Из известных поглотителей наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является поглощающий материал, описанный в патенте РФ №2231877, МПК Н01Q 17/00, представляющий собой магнитодиэлектрик, состоящий из карбонильного железа и компаунда «Виксинт ПК-68» (низкомолекулярный кремнийорганический каучук и катализатор №68), взятых в соотношении вес.%:Of the known absorbers, the closest in technical essence and the achieved effect is the absorbing material described in RF patent No. 2231877, IPC H01Q 17/00, which is a magnetodielectric consisting of carbonyl iron and Vixint PK-68 compound (low molecular weight silicone rubber and catalyst No. 68) taken in the ratio of wt.%:

Виксинт ПК-68 - низкомолекулярный каучукVixint PK-68 - low molecular weight rubber 15,27-18,0515.27-18.05 катализатор №68catalyst number 68 0,46-0,760.46-0.76 карбонильное железо Р - 10carbonyl iron P - 10 остальноеrest

Данный поглотитель электромагнитных волн несложен в приготовлении, имеет приемлемую для нанесения покрытий и для заливки в формы консистенцию, обладает высокой эластичностью (не склонен к растрескиванию) и термостойкостью. Недостатками прототипа являются высокий коэффициент отражения на частотах от 20 до 100 ГГц и нестабильность поглощающих характеристик из-за окисления железа при длительной эксплуатации во влажной среде.This absorber of electromagnetic waves is simple to prepare, has a consistency acceptable for coating and for pouring into molds, has high elasticity (not prone to cracking) and heat resistance. The disadvantages of the prototype are the high reflection coefficient at frequencies from 20 to 100 GHz and the instability of the absorbing characteristics due to oxidation of iron during prolonged use in a humid environment.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение эластичного поглощающего состава, обладающего низким коэффициентом отражения в диапазоне СВЧ и стабильностью поглощающих характеристик при длительной эксплуатации во влажной среде.The technical result of the invention is to obtain an elastic absorbent composition having a low reflection coefficient in the microwave range and the stability of the absorbing characteristics during prolonged use in a humid environment.

Технический результат достигается тем, что в поглотителе электромагнитных волн на основе магнитодиэлектрика, состоящем из полимерного связующего компаунда «Виксинт ПК-68» и радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя, в качестве радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя использован карбонильный никель в смеси с графитом при следующем соотношении компонентов, вес.%:The technical result is achieved by the fact that in the electromagnetic wave absorber based on a magnetodielectric, consisting of a polymer binder compound "Vixint PK-68" and a radio-absorbing ferromagnetic filler, carbonyl nickel in a mixture with graphite is used as a radio-absorbing ferromagnetic filler in the following ratio of components, wt.% :

компаунд «Виксинт ПК-68» compound "Vixint PK-68" 30-4030-40 карбонильный никель carbonyl nickel 50-5550-55 графит graphite остальноеrest

На фиг.1 изображена блок-схема измерения ослабления в образцах прибором Р2-69 - измерителем модуля передачи и отражения.Figure 1 shows a block diagram of the measurement of attenuation in the samples by the device P2-69 - measuring module of the transmission and reflection.

На фиг.2 изображена блок-схема измерения коэффициентов стоячей волны по напряжению (КСВн) образцов прибором Р2-69.Figure 2 shows a block diagram of the measurement of the standing wave voltage coefficients (VSWR) of the samples by the device P2-69.

На фиг.1 и фиг.2:In figure 1 and figure 2:

1 - генератор; 2 - индикатор; 3 - направленные ответвители с детекторной головкой (ДН); 4 - исследуемый образец; 5 - нагрузка согласованная.1 - generator; 2 - indicator; 3 - directional couplers with a detection head (DN); 4 - test sample; 5 - load agreed.

Состав готовят следующим образом. Карбонильный никель марки ПНК-1Л5 (ГОСТ 9722-79) и порошкообразный графит марки ГК-3 (ГОСТ 4 404-78) предварительно сушат при температуре (120±10)°С в течение 2-4 часов в сушильном шкафу. Необходимые навески карбонильного никеля, графита и каучука СКТН (компонент компаунда «Виксинт ПК-68», ТУ 38.103508-81) смешивают путем перетирания в фарфоровой ступке пестиком до получения однородной массы (не менее 15 мин), после чего в полученную смесь вводят навеску катализатора №68 (компонент компаунда «Виксинт ПК-68») и перетирают смесь в течение 5-10 мин. Приготовленная композиция пригодна для заливки в формы или нанесения слоев на изделия в течение 1 часа. Полное отверждение композиции при температуре от 15°С до 35°С - 24 часа.The composition is prepared as follows. PNK-1L5 carbonyl nickel (GOST 9722-79) and powdered graphite GK-3 (GOST 4 404-78) are preliminarily dried at a temperature of (120 ± 10) ° С for 2-4 hours in an oven. The required weighed portions of carbonyl nickel, graphite and rubber SKTN (component of the Vixint PK-68 compound, TU 38.103508-81) are mixed by grinding in a porcelain mortar with a pestle until a homogeneous mass is obtained (at least 15 min), after which a sample of the catalyst is introduced into the mixture No. 68 (component of the Vixint PK-68 compound) and grind the mixture for 5-10 minutes. The prepared composition is suitable for pouring into molds or applying layers to products within 1 hour. Complete curing of the composition at a temperature of from 15 ° C to 35 ° C - 24 hours.

Для экспериментальной проверки были приготовлены 3 состава поглотителей электромагнитных волн, соотношения компонентов которых приведены в таблице 1.For experimental verification, 3 compositions of absorbers of electromagnetic waves were prepared, the ratios of the components of which are given in table 1.

Таблица 1Table 1 Наименование компонентовName of components Варианты состава и количество компонента (вес.%)Variants of composition and amount of component (wt.%) №1 (прототип)No. 1 (prototype) №2Number 2 №3Number 3 Компаунд «Виксинт ПК-68»Compound "Vixint PK-68" 1616 4040 30thirty Карбонильное железоCarbonyl iron 8484 Карбонильный никельCarbonyl Nickel 50fifty 5555 ГрафитGraphite 1010 15fifteen

Для проверки радиотехнических характеристик составов поглотителей изготавливались с помощью заливочной формы образцы в виде пластин размером 25×25×2 мм. Экспериментальные исследования отражающих и поглощающих свойств данных составов производилось до и после выдержки при температуре 35-40°С и относительной влажности воздуха не менее 95% в течение 21 суток (по п.5.3 ГОСТ РВ 20.57.306-98 для изделий исполнения «О»). Исследования ослабления (сумма энергии электромагнитных волн преобразованной в тепловую энергию в материале и энергии, отраженной от поверхности образца) проводились с помощью прибора Р2-69 (измерителя модуля передачи и отражения) в соответствии с блок-схемой, представленной на фиг.1. По экрану индикатора 2 измеряли ослабление мощности СВЧ-сигнала при прохождении его через образец материала 4, который размещали между фланцами направленных ответвителей ДН 3.To check the radio technical characteristics of the compositions of the absorbers, samples in the form of plates 25 × 25 × 2 mm in size were made using the casting mold. Experimental studies of the reflecting and absorbing properties of these compositions were carried out before and after exposure at a temperature of 35-40 ° C and a relative humidity of at least 95% for 21 days (according to paragraph 5.3 of GOST RV 20.57.306-98 for products of execution "O" ) The attenuation studies (the sum of the energy of electromagnetic waves converted into thermal energy in the material and the energy reflected from the surface of the sample) were carried out using a device P2-69 (measuring module of the transmission and reflection) in accordance with the block diagram shown in figure 1. On the screen of indicator 2, the attenuation of the power of the microwave signal was measured when it passed through a sample of material 4, which was placed between the flanges of the directional couplers DN 3.

Исследования отражающих свойств образцов проводили путем измерения коэффициента стоячей волны по напряженности (КСВн) для каждого образца, поочередно помещаемого между фланцами направленного ответвителя ДН 3 и согласованной нагрузкой 5 в соответствии с блок-схемой на фиг.2.Studies of the reflective properties of the samples were carried out by measuring the coefficient of the standing wave in terms of strength (VSWR) for each sample, which was placed between the flanges of the directional coupler DN 3 and the matched load 5 in accordance with the block diagram of FIG. 2.

Вычисление коэффициента отражения |Г|², характеризующего отражательные свойства образца, производилось по следующей формуле:The calculation of the reflection coefficient | G | ² , characterizing the reflective properties of the sample, was carried out according to the following formula:

В таблице 2 представлены результаты измерения величин ослабления и отражения (КСВн и |Г|²) для трех составов поглотителей на частотах от 57 до 70 ГГц до и после термовлажностных испытаний.Table 2 presents the results of measuring the attenuation and reflection (SWR and | G | ² ) for the three compositions of absorbers at frequencies from 57 to 70 GHz before and after thermal humidity tests.

Таблица 2table 2 Варианты составаComposition Options Значение параметра до/после воздействия влаж.The value of the parameter before / after exposure to wet. Ослабление, дБAttenuation, dB КСВнVSWR |Г|² | G | ² 1one 40/3240/32 10/1010/10 0,67/0,670.67 / 0.67 22 45/4545/45 4/44/4 0,36/0,360.36 / 0.36 33 42/4242/42 5/55/5 0,44/0,440.44 / 0.44

Из таблицы 2 видно, что поглощающие свойства (ослабление) состава 1 ухудшаются после длительного воздействия влаги, а у составов 2 и 3 значение ослабления остается неизменным и превосходит значение для состава 1. Кроме того, составы 2 и 3 характеризуются существенно меньшими значениями КСВн и |Г|², что указывает на значительно меньшее (в 2 и более раз) отражение электромагнитного излучения от поверхности образцов данных составов, чем от образцов состава 1.Table 2 shows that the absorbing properties (attenuation) of composition 1 deteriorate after prolonged exposure to moisture, and in compounds 2 and 3, the attenuation value remains unchanged and exceeds the value for composition 1. In addition, compositions 2 and 3 are characterized by significantly lower values of SWR and | R | ² , which indicates a significantly smaller (2 or more times) reflection of electromagnetic radiation from the surface of samples of these compositions than from samples of composition 1.

Испытания показали, что образцы состава 1 после воздействия термовлажностных факторов изменили цвет с черного на темно-коричневый, что указывает на коррозию частиц карбонильного железа.Tests showed that the samples of composition 1, after exposure to thermal and humid factors, changed color from black to dark brown, indicating corrosion of carbonyl iron particles.

При изучении известных технических решений в данной области техники видно, что углерод технический (и графит) используется в радиопоглощающих материалах. Однако о применении графита в сочетании с карбонильным никелем в определенных соотношениях неизвестно. При этом образуется новый положительный эффект - уменьшение коэффициента отражения и повышенная стабильность поглощающих характеристик при длительной эксплуатации во влажной среде.When studying well-known technical solutions in this technical field, it is evident that technical carbon (and graphite) is used in radar absorbing materials. However, the use of graphite in combination with carbonyl nickel in certain proportions is not known. At the same time, a new positive effect is formed - a decrease in the reflection coefficient and increased stability of the absorbing characteristics during prolonged operation in a humid environment.

Claims

An electromagnetic wave absorber based on a magnetodielectric, consisting of a polymer binder compound "Vixint PK-68" and a radio-absorbing ferromagnetic filler, characterized in that carbonyl nickel in a mixture with graphite is used as a radio-absorbing ferromagnetic filler in the following ratio of components, wt.%:
compound "Vixint PK-68" 30 ÷ 40 carbonyl nickel 50 ÷ 55 graphite rest