RU2628455C1

RU2628455C1 - Radio-absorbing diffraction grating-based coating

Info

Publication number: RU2628455C1
Application number: RU2016139375A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Старостин; Ольга Павловна Рыхлова; Юлия Викторовна Евстратова; Дмитрий Владимирович Кривошапкин; Петр Владимирович Мурашев; Ольга Вячеславовна Битель; Виктория Владимировна Бармашова
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2017-08-17

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: diffraction grating-based coating is made of electroconductive or dielectric material, containing radio-absorbing elements. Coating includes groups containing, at least, four slots, each slot in the group is parallel to each other, each group is perpendicular in relation to the other group. Slots have a distance between adjacent elements from one sixteenth to one quarter of the length of the incident electromagnetic wave. Inside the slot there are not less than four layers of aramid fabric that are not interconnected, with a magnetron sputtered film of hydrogenated carbon with nanoclusters of metal atoms. The coating is protected from below from external exposure by metal foil, and from above - by means of a radio-transparent layer with a thickness of, at least, 0.1 mm. The above layers of aramid fabric with a magnetron sputtered film of hydrogenated carbon with nanoclusters of metal atoms are radio-absorbing elements.

EFFECT: increasing the stealth and reducing the likelihood of detecting objects of sea, land, aviation and space equipment by radar, ensuring the electromagnetic compatibility of radioelectronic and radio engineering devices and units, increasing the efficiency of absorbing electromagnetic radiation over a wide range of wavelengths.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к материалам для поглощения электромагнитных волн, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов морской, наземной, авиационной и космической техники, а также обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных и радиотехнических приборов и устройств.The invention relates to radio engineering, and more particularly to materials for the absorption of electromagnetic waves, and can be used to increase stealth and reduce the likelihood of radar detection of objects of marine, ground, aviation and space technology, as well as to ensure electromagnetic compatibility of electronic and radio devices and devices.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является радиопоглощающее покрытие (патент RU №2370866, МПК H01Q 17/00, опубл. 20.10.2009, - прототип), совпадающее с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков. Покрытие-прототип включает основу в виде двух или более слоев переплетенных рядов нитей, скрепленных радиопрозрачным материалом с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного материала с нанокластерами атомов металлов. Направление переплетенных рядов нитей одного слоя тканого материала составляет с направлением переплетенных рядов нитей смежного слоя угол 60-120°. Содержание частиц ферромагнитного материала составляет от 5 мас. % в пленке, нанесенной на наружный слой переплетенных рядов нитей, до 85 мас. % в пленке, нанесенной на слой переплетенных рядов нитей, прилегающий к защищаемой поверхности.Closest to the proposed invention is a radar absorbing coating (patent RU No. 2370866, IPC H01Q 17/00, publ. 20.10.2009, prototype), which coincides with the claimed technical solution for the largest number of essential features. The prototype coating includes a base in the form of two or more layers of interwoven rows of threads bonded with a radiolucent material coated with a vacuum film of hydrogenated carbon coated with particles of ferromagnetic material with nanoclusters of metal atoms deposited on each layer. The direction of the interwoven rows of threads of one layer of woven material makes an angle of 60-120 ° with the direction of the interwoven rows of threads of an adjacent layer. The content of particles of ferromagnetic material is from 5 wt. % in a film deposited on the outer layer of interwoven rows of threads, up to 85 wt. % in a film deposited on a layer of interwoven rows of threads adjacent to the surface to be protected.

Недостатком известной конструкции является то, что напыленная пленка на переплетенных нитях в каждом слое покрытия расположена в непосредственном контакте со скрепляющим радиопрозрачным материалом, что неизбежно приводит к неравномерности ее размещения в слоях по толщине покрытия и нестабильности поглощающих свойств. Предложенная конструкция известного радиопоглощающего покрытия не позволяет использовать его для защиты поверхностей объектов, когда не допускается изменять его архитектурный облик, например, при нанесении покрытия на поверхность крыла летательного аппарата нарушаются расчетные условия его обтекания набегающим потоком воздуха.A disadvantage of the known design is that the sprayed film on interwoven filaments in each coating layer is in direct contact with the fastening radiolucent material, which inevitably leads to uneven placement in the layers along the coating thickness and instability of the absorbing properties. The proposed design of the known radar absorbing coating does not allow it to be used to protect the surfaces of objects when it is not allowed to change its architectural appearance, for example, when applying a coating to the surface of an aircraft wing, the design conditions for its flow around with an incoming air flow are violated.

Кроме того, предложенная конструкция в описанном многослойном исполнении не имеет периодической структуры поглощающего слоя, что приводит к отсутствию поглощения за счет дополнительных эффектов дифракции.In addition, the proposed design in the described multilayer design does not have a periodic structure of the absorbing layer, which leads to the absence of absorption due to additional diffraction effects.

Задачей изобретения является повышение эффективности поглощения электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн за счет использования дополнительных эффектов дифракции при одновременном повышении стабильности поглощающих свойств конструкции покрытия и расширение диапазона возможных применений радиопоглощающего покрытия за счет формирования дифракционной решетки с поглощающими элементами непосредственно в поверхности защищаемого объекта.The objective of the invention is to increase the efficiency of absorption of electromagnetic radiation in a wide range of wavelengths due to the use of additional diffraction effects while increasing the stability of the absorbing properties of the coating structure and expanding the range of possible applications of the radar absorbing coating by forming a diffraction grating with absorbing elements directly in the surface of the protected object.

Поставленная задача достигается тем, что радиопоглощающее покрытие на основе дифракционной решетки выполнено из электропроводящего или диэлектрического материала, содержащее радиопоглощающие элементы. Радиопоглощающее покрытие включает группы, содержащие каждая не менее четырех прорезей, каждая прорезь в группе выполнена параллельно друг другу, каждая группа по отношению к другой группе выполнена перпендикулярно. Прорези имеют расстояние между соседними элементами от одной шестнадцатой до одной четверти длины падающей электромагнитной волны. Внутри прорези расположены не менее четырех не связанных между собой слоев арамидной ткани с нанесенной магнетронным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с нанокластерами атомов металлов. Радиопоглощающее покрытие снизу защищено от внешнего воздействия металлической фольгой, а сверху - при помощи радиопрозрачного слоя толщиной не менее 0,1 мм.The problem is achieved in that the radar absorbing coating based on the diffraction grating is made of an electrically conductive or dielectric material containing radar absorbing elements. Radar absorbing coating includes groups containing each of at least four slots, each slot in the group is made parallel to each other, each group relative to the other group is made perpendicular. The slots have a distance between adjacent elements from one sixteenth to one quarter of the length of the incident electromagnetic wave. At least four layers of aramid fabric coated with magnetron sputtering by a film of hydrogenated carbon with metal atom nanoclusters are located inside the slot. The radar absorbing coating on the bottom is protected from external influences by metal foil, and on top - using a radio-transparent layer with a thickness of at least 0.1 mm.

Указанные выше слои арамидной ткани с нанесенной магнетронным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с нанокластерами атомов металлов представляют собой радиопоглощающие элементы.The above-mentioned layers of aramid fabric coated with magnetron sputtering a film of hydrogenated carbon with nanoclusters of metal atoms are radio-absorbing elements.

Сущность конструкции предлагаемого радиопоглощающего покрытия пояснена на эскизе, где на фиг. 1а) представлен общий вид групп радиопоглощающего покрытия на основе дифракционной решетки, на фиг. 1б) - радиопоглощающее покрытие в разрезе.The essence of the design of the proposed radar absorbing coating is illustrated in the sketch, where in FIG. 1a) shows a general view of the groups of a radar absorbing coating based on a diffraction grating; in FIG. 1b) is a radar absorbing coating in section.

Радиопоглощающее покрытие на основе дифракционной решетки содержит:A diffraction grating radar absorbing coating comprises:

1 - радиопоглощающее покрытие;1 - radar absorbing coating;

2 - группа прорезей;2 - a group of slots;

3 - радиопоглощающий элемент;3 - radar absorbing element;

4 - слои арамидной ткани;4 - layers of aramid tissue;

5 - металлическая фольга;5 - metal foil;

6 - радиопрозрачный слой.6 - radiolucent layer.

Радиопоглощающее покрытие 1 на основе дифракционной решетки, выполнено из электропроводящего или диэлектрического материала, содержащее радиопоглощающие элементы. Радиопоглощающее покрытие 1 включает группу 2, содержащую не менее четырех прорезей, каждая прорезь в группе выполнена параллельно друг другу, каждая группа по отношению к другой группе выполнена перпендикулярно, прорези имеют расстояние между соседними элементами от одной шестнадцатой до одной четверти длины падающей электромагнитной волны.The radar absorbing coating 1 based on a diffraction grating is made of an electrically conductive or dielectric material containing radar absorbing elements. The radar absorbing coating 1 includes a group 2 containing at least four slots, each slot in the group is parallel to each other, each group relative to the other group is perpendicular, the slots have a distance between adjacent elements from one sixteen to one quarter of the length of the incident electromagnetic wave.

Внутри прорези расположены не менее четырех не связанных между собой слоев арамидной ткани 4 с нанесенной магнетронным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с нанокластерами атомов металлов, радиопоглощающее покрытие снизу защищено от внешнего воздействия металлической фольгой 5, а сверху - при помощи радиопрозрачного (например, стеклопластикового) слоя 6, толщиной не менее 0,1 мм. Нанокластеры атомов металлов (частицы) могут быть выполнены из любого известного ферромагнитного материала с диэлектрическими или полупроводящими мостиками между ними, обладающего аномально высокими диэлектрическими и магнитными потерями в СВЧ диапазоне. В качестве таких материалов могут быть использованы, например, кобальт, никель, железо, сплавы этих металлов.At least four layers of aramid fabric 4 with magnetron sputtering deposited film of hydrogenated carbon with metal atom nanoclusters deposited by magnetron sputter are located inside the slot; 6, at least 0.1 mm thick. Nanoclusters of metal atoms (particles) can be made of any known ferromagnetic material with dielectric or semiconducting bridges between them, having an abnormally high dielectric and magnetic losses in the microwave range. As such materials can be used, for example, cobalt, nickel, iron, alloys of these metals.

Для изготовления поглощающих слоев предлагаемого радиопоглощающего покрытия используется метод магнетронного распыления, который обладает рядом достоинств, основными из которых являются высокая скорость роста пленок, их хорошая адгезия к материалу подложки и незначительное загрязнение посторонними газовыми включениями, низкая температура нагрева подложек, возможность распыления как проводников, так и диэлектриков и получения сверхтонких пленок с малыми радиационными дефектами, а также малая инерционность процесса.For the manufacture of the absorbing layers of the proposed radar absorbing coating, the magnetron sputtering method is used, which has several advantages, the main of which are high film growth rate, their good adhesion to the substrate material and low contamination by foreign gas inclusions, low heating temperature of the substrates, the possibility of spraying both conductors and and dielectrics and the production of ultra-thin films with small radiation defects, as well as low inertia of the process.

Предлагаемое радиопоглощающее покрытие является эффективным поглотителем СВЧ излучения в широком диапазоне частот, обладающим расширенным рабочим диапазоном, а также может быть встроено непосредственно в поверхность защищаемого объекта, выполненную в том числе и из электропроводящего материала (металл, углепластик и т.п.).The proposed radar absorbing coating is an effective absorber of microwave radiation in a wide frequency range, with an extended operating range, and can also be built directly into the surface of the protected object, made of electrically conductive material (metal, carbon fiber, etc.).

Claims

A diffraction grating-based radar absorbing coating made of an electrically conductive or dielectric material containing radar absorbing elements, characterized in that the radar absorbing coating includes groups containing at least four slots each, each slot in the group is made parallel to each other, each group with respect to another group made perpendicularly, the slots have a distance between adjacent elements from one sixteenth to one quarter of the length of the incident electromagnetic wave, inside three slots are located at least four layers of aramid fabric with magnetron sputtering deposited by a film of hydrogenated carbon with nanoclusters of metal atoms, the radar absorbing coating is protected from the outside by a metal foil, and from above by a radiolucent layer of at least 0.1 mm thickness .