RU2657018C1 - Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range - Google Patents
Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657018C1 RU2657018C1 RU2017126740A RU2017126740A RU2657018C1 RU 2657018 C1 RU2657018 C1 RU 2657018C1 RU 2017126740 A RU2017126740 A RU 2017126740A RU 2017126740 A RU2017126740 A RU 2017126740A RU 2657018 C1 RU2657018 C1 RU 2657018C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ghz
- absorber
- radio
- absorbing
- thickness
- Prior art date
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011494 foam glass Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 229910002771 BaFe12O19 Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229910001308 Zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 3
- PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Zn] Chemical compound [Mg].[Zn] PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000031695 Female restricted epilepsy with intellectual disability Diseases 0.000 description 2
- 101001072243 Homo sapiens Protocadherin-19 Proteins 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100036389 Protocadherin-19 Human genes 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 208000017432 developmental and epileptic encephalopathy 9 Diseases 0.000 description 2
- 208000011579 developmental and epileptic encephalopathy, 9 Diseases 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиопоглощающих материалов и конструкциям поглотителей, а конкретней – к системам защиты от сверхвысокочастотного электромагнитного излучения (ЭМИ), и может быть использовано для решения задач электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем и комплексов, при создании безэховых камер и многофункциональных экранированных помещений, а также для снижения вредного воздействия высокочастотного излучения на организм человека. The invention relates to the field of radar absorbing materials and designs of absorbers, and more particularly, to systems for protection against microwave electromagnetic radiation (EMR), and can be used to solve the problems of electromagnetic compatibility of electronic systems and complexes, when creating anechoic chambers and multifunctional shielded rooms, as well as reduce the harmful effects of high-frequency radiation on the human body.
На сегодняшний день разработано множество различных поглотителей электромагнитных волн. Основными предъявляемыми к ним требованиями являются: To date, many different absorbers of electromagnetic waves have been developed. The main requirements for them are:
- высокие значения коэффициента поглощения;- high absorption coefficient;
- низкие значения коэффициента отражения в широком диапазоне частот;- low reflection coefficient over a wide frequency range;
- небольшая толщина и вес поглотителя.- small thickness and weight of the absorber.
Известны однослойные и многослойные радиопоглощающие материалы (патент РФ № 2382804, МПК C09D5/32, опубл. 27.02.2010; патент РФ № 2423761, МПК H01Q17/00, опубл.10.07.2011). Они представляют собой композиты на основе эпоксидной смол и оксидных гексагональных ферримагнетиков W-типа, подвергнутых механической активации в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице. Изменение времени обработки гексаферрита в механоактиваторе позволяет изменять величину минимального значения коэффициента отражения, частоту с наименьшей величиной коэффициента отражения и широкополосность поглощающих свойств материала. Monolayer and multilayer radar absorbing materials are known (RF patent No. 2382804, IPC C09D5 / 32, publ. 02/27/2010; RF patent No. 2423761, IPC H01Q17 / 00, publ. 07/10/2011). They are composites based on epoxy resins and oxide hexagonal W-type ferrimagnets subjected to mechanical activation in a high-energy planetary ball mill. Changing the processing time of hexaferrite in the mechanical activator allows you to change the value of the minimum value of the reflection coefficient, the frequency with the lowest value of the reflection coefficient and the broadband absorption properties of the material.
Однако у радиопоглощающих материалов, изготовленных таким способом, имеется ряд недостатков. Прежде всего, это узкий максимальный диапазон рабочих частот поглотителя (11 ГГц для однослойного и 16 ГГц для многослойного) и ограниченная средняя частота в рабочем диапазоне (от 8 до 11 ГГц). Помимо этого, определенную сложность имеет выбор нужного режима механической активации и изготовление многослойного покрытия.However, radar absorbing materials manufactured in this way have a number of disadvantages. First of all, it is a narrow maximum range of the operating frequencies of the absorber (11 GHz for a single layer and 16 GHz for a multilayer) and a limited average frequency in the working range (from 8 to 11 GHz). In addition, a certain difficulty is the choice of the desired mode of mechanical activation and the manufacture of a multilayer coating.
В патенте РФ № 2362220, МПК G12B17/00, H05K9/00, H01Q17/00, опубл. 20.07.2009, представлено широкополосное устройство для поглощения электромагнитного излучения. Оно состоит из плоского металлического экрана, плоского ферритового слоя, плоского диэлектрического слоя без диэлектрических потерь, размещенного между экраном и теневой стороной ферритового слоя, и плоского согласующего диэлектрического пакета радиопоглощающих материалов из диэлектрических слоев с углеродным наполнителем. Устройство работает в диапазоне от 30 МГц до 30 ГГц и обеспечивает коэффициент отражения на уровне от -15 до -45 дБ. In the patent of the Russian Federation No. 2362220, IPC G12B17 / 00, H05K9 / 00, H01Q17 / 00, publ. 07/20/2009, a broadband device for absorbing electromagnetic radiation is presented. It consists of a flat metal screen, a flat ferrite layer, a dielectric-free flat dielectric layer located between the screen and the shadow side of the ferrite layer, and a flat matching dielectric package of radar absorbing materials from carbon-filled dielectric layers. The device operates in the range from 30 MHz to 30 GHz and provides a reflection coefficient at the level of -15 to -45 dB.
Недостатком такого устройства являются значительная толщина покрытия (до 50 см), сложность в изготовлении и соединении множества слоев (более 12), значительный вес радиопоглощающего покрытия. The disadvantage of this device is the significant thickness of the coating (up to 50 cm), the difficulty in manufacturing and connecting multiple layers (more than 12), the significant weight of the radar absorbing coating.
Известно устройство, которое состоит из ферритовой подложки и нанесенного на него согласующего диэлектрического слоя с углеродным наполнителем (патент РФ № 2169952, МПК G12B17/00, H01Q17/00, H05K9/00, опубл. 27.06.2001). Устройство представляет собой слоистую структуру, состоящую из плоских слоев звукопоглощающего материала различной плотности, причем плотность слоев уменьшается по мере удаления от ферритовой подложки. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован неорганический, негорючий материал, например вспененный базальт. Согласующие диэлектрические слои могут быть выполнены с различным содержанием углеродного наполнителя. A device is known which consists of a ferrite substrate and a matching dielectric layer with carbon filler deposited on it (RF patent No. 2169952, IPC G12B17 / 00, H01Q17 / 00, H05K9 / 00, published on June 27, 2001). The device 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. Inorganic, non-combustible material, such as foamed basalt, can be used as sound-absorbing material. Matching dielectric layers can be made with different carbon filler contents.
Однако это устройство работает в диапазоне частот лишь до 30 ГГц, имеет большой вес из-за значительной толщины ферритовой подложки (65 мм) и поглотителя в целом (более 210 мм).However, this device operates in the frequency range only up to 30 GHz, has a large weight due to the significant thickness of the ferrite substrate (65 mm) and the absorber as a whole (more than 210 mm).
Известен материал, который используется для поглощения электромагнитных волн (патент РФ № 2169952, МПК G12B17/00, H01Q17/00, H05K9/00, опубл. 27.06.2001). Материал для поглощения волн представляет собой пористый стекловидный материал, включающий более 85 мас.% стеклофазы, является сверхширокополосным, негорючим и механически прочным. В диапазоне частот от 0,03 до 100 ГГц характеризуется коэффициентом отражения в пределах от -10 до -27 дБ. Known material that is used to absorb electromagnetic waves (RF patent No. 2169952, IPC G12B17 / 00, H01Q17 / 00, H05K9 / 00, publ. 06/27/2001). The wave absorption material is a porous glassy material comprising more than 85 wt.% Glass phase, is ultra-wideband, non-combustible and mechanically strong. In the frequency range from 0.03 to 100 GHz, it is characterized by a reflection coefficient ranging from -10 to -27 dB.
Существенным недостатком данного поглотителя является снижение коэффициента поглощения и увеличение отражения при росте частоты. На 30 МГц коэффициент отражение составляет -22 дБ/см, а на 100 ГГц – 14 дБ/см.A significant drawback of this absorber is a decrease in the absorption coefficient and an increase in reflection with increasing frequency. At 30 MHz, the reflection coefficient is -22 dB / cm, and at 100 GHz - 14 dB / cm.
В патенте US № 5617095 A, МПК H01F1/00, H01Q17/00, H05K9/00, опубл. 01.04.1997, представлено устройство гибридного широкополосного поглотителя электромагнитных волн. Поглотитель содержит металлическую пластину, на которой располагается ферритовый слой. На поверхности ферритового слоя установлены несколько разделенных промежутками конических элементов из феррита или композиционного материала на основе феррита.In US patent No. 5617095 A, IPC H01F1 / 00, H01Q17 / 00, H05K9 / 00, publ. 04/01/1997, the device of a hybrid broadband absorber of electromagnetic waves. The absorber contains a metal plate on which the ferrite layer is located. On the surface of the ferrite layer, several conical elements made of ferrite or ferrite-based composite material are separated by gaps.
Недостатком данного устройства является недостаточно широкий частотный диапазон (до 30 ГГц), большой вес и технологическая сложность изготовления.The disadvantage of this device is not a wide enough frequency range (up to 30 GHz), high weight and technological complexity of manufacturing.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство, описанное в патенте на изобретение РФ № 2110122, МПК H01Q17/00, опубл. 27.04.1998 (прототип).Closest to the claimed technical solution for the technical nature and the technical result achieved is the device described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2110122, IPC H01Q17 / 00, publ. 04/27/1998 (prototype).
Сверхширокодиапазонный поглотитель электромагнитных волн представляет собой конструкцию, состоящую из диэлектрического материала, выполненного на основе радиопоглощающего пеностекла и магнитного материала из радиопоглощающего никель-цинкового феррита, которые закреплены на металлической подложке. Пеностекло имеет плоскую форму или выполнено в виде клиновидных элементов и имеет следующие характеристики: удельное затухание 0,2-0,4 дБ/см на частоте 4 ГГц при объемной плотности не более 190 кг/м3 и толщиной 200-350 мм. Магнитный материал представляет собой пластины толщиной 8,5-12 мм из магний-цинкового феррита, содержащего оксиды магния, цинка и железа в качестве основы, и диоксид титана и карбонат бария в качестве дополнительно введенных компонентов. Это обеспечивает поглотителю коэффициент отражения по мощности в пределах от -12 до -40 дБ в диапазоне частот от 0,03 до 37,5 ГГц.The ultra-wide range electromagnetic wave absorber is a structure consisting of a dielectric material made on the basis of radio-absorbing foam glass and magnetic material of radio-absorbing nickel-zinc ferrite, which are fixed on a metal substrate. Foam glass has a flat shape or is made in the form of wedge-shaped elements and has the following characteristics: specific attenuation of 0.2-0.4 dB / cm at a frequency of 4 GHz with a bulk density of not more than 190 kg / m 3 and a thickness of 200-350 mm. The magnetic material is 8.5-12 mm thick plates of magnesium-zinc ferrite containing oxides of magnesium, zinc and iron as a base, and titanium dioxide and barium carbonate as additionally introduced components. This provides the absorber with a power reflection coefficient ranging from -12 to -40 dB in the frequency range from 0.03 to 37.5 GHz.
Основным недостатком поглотителя является сложность изготовления предложенной конструкции, его толщина и вес. Пеностекло для облицовки потолка и боковых поверхностей безэховой камеры (БЭК) должно иметь вид наборов треугольных призм высотой 200-350 мм, что является технологически трудноосуществимым. Для получения заданных значений высоты блоки пеностекла придется склеивать между собой, что дополнительно усложняет технологию получения материала и удорожает технологию его изготовления. Недостатком также является и то, что использованный в поглощающем слое магний-цинковый феррит недостаточно эффективен при поглощении энергии высокочастотного электромагнитного поля и ограничивает рабочий диапазон поглотителя частотами до 37,5 ГГц.The main disadvantage of the absorber is the complexity of manufacturing the proposed design, its thickness and weight. Foam glass for facing the ceiling and side surfaces of the anechoic chamber (BEC) should be in the form of sets of triangular prisms 200-350 mm high, which is technologically difficult to implement. To obtain the specified height values, the foamglass blocks will have to be glued together, which further complicates the technology for obtaining the material and increases the cost of its manufacturing technology. The disadvantage is that the magnesium-zinc ferrite used in the absorbing layer is not effective enough to absorb the energy of a high-frequency electromagnetic field and limits the working range of the absorber to frequencies up to 37.5 GHz.
Технической задачей изобретения является создание поглотителя электромагнитных волн (ПЭВ) более простой конструкции, обладающего меньшей массой и толщиной и работающего на более высоких частотах.An object of the invention is the creation of an absorber of electromagnetic waves (SEW) of a simpler design, having less mass and thickness and operating at higher frequencies.
Поставленная задача решена следующим образом. В поглотителе электромагнитных волн гигагерцевого диапазона, состоящем из диэлектрического и магнитного материалов и металлической подложки, в отличие от прототипа, диэлектрический материал представляет собой плоское радиопоглощающее пеностекло толщиной 7 мм, полученное при содержании в пенообразующей смеси 1 мас.% сажи, магнитный слой представляет собой композит толщиной 1,5 мм, содержащий 60 мас.% высокочастотного радиопоглощающего гексаферрита BaFe12O19, связанного полимерным связующим, например водно-дисперсионной акриловой эмалью (ГОСТ Р 51691-2008 Материалы лакокрасочные. Эмали).The problem is solved as follows. In the GHz electromagnetic wave absorber, consisting of dielectric and magnetic materials and a metal substrate, in contrast to the prototype, the dielectric material is a flat radar absorbing foam glass of 7 mm thickness, obtained when 1 wt% carbon black is contained in the foaming mixture, the magnetic layer is a composite 1.5 mm thick, containing 60 wt.% high-frequency radio-absorbing hexaferrite BaFe12O19, bonded with a polymer binder, for example, water-dispersed acrylic enamel (G CT 51691-2008 P Materials for paint. Enamel).
Предложенный вариант конструкции поглотителя электромагнитных волн гигагерцевого диапазона состоит из трех слоев, включая магнитный композит, расположенный на металлической подложке, и закрепленное на нем радиопоглощающее пеностекло. Для обеспечения эффективности взаимодействия с электромагнитным излучением необходимо согласовать комплексные волновые сопротивления покрытия и воздушной среды. Как правило, для этой цели используют слоистые конструкции с уменьшением концентрации активной фазы. Поскольку ферриты обладают большим удельным весом, общий вес конструкции возрастает. Применяемые конусообразные или клиновидные конструкции резко увеличивают размеры покрытия. Эти недостатки исключены использованием в качестве согласующего слоя легкого и достаточно прочного пенокристаллического материала. The proposed design of the absorber of electromagnetic waves of the GHz range consists of three layers, including a magnetic composite located on a metal substrate, and a radio-absorbing foam glass fixed to it. To ensure the effectiveness of interaction with electromagnetic radiation, it is necessary to coordinate the complex wave impedances of the coating and the air. As a rule, layered structures with a decrease in the concentration of the active phase are used for this purpose. Since ferrites have a large specific gravity, the total weight of the structure increases. Used cone-shaped or wedge-shaped structures dramatically increase the size of the coating. These disadvantages are eliminated by the use of a light and sufficiently strong foam crystal material as a matching layer.
На фиг. 1 изображена схема заявляемого поглотителя электромагнитных волн гигагерцевого диапазона, где 1 - диэлектрический материал из радиопоглощающего пеностекла; 2 - магнитный материал, содержащий высокочастотный радиопоглощающий гексаферрит; 3 - металлическая подложка.In FIG. 1 shows a diagram of the inventive absorber of electromagnetic waves in the GHz range, where 1 is a dielectric material from radar absorbing foam glass; 2 - magnetic material containing high-frequency radio-absorbing hexaferrite; 3 - metal substrate.
Пример реализацииImplementation example
В качестве металлической подложки выступает слой медной фольги толщиной 0,5 мм, который с помощью клея, например, "Момент 88", может крепиться на любую ровную плоскую поверхность. Может быть использован металлизированный листовой текстолит.A layer of copper foil with a thickness of 0.5 mm acts as a metal substrate, which, with the help of glue, for example, "Moment 88", can be attached to any even flat surface. Metallized sheet textolite can be used.
Магнитный материал 2 (фиг.1) представляет собой слой композита, в котором активной фазой является порошок феррита с гексагональной структурой BaFe12O19 (М-тип), который получают по стандартной керамической технологии. Порошки гексаферрита подвергались механическому измельчению до размеров частиц менее 80 мкм. Для получения композита можно использовать любое подходящее термостойкое (до 100°С) связующее. В качестве связующего использована водно-дисперсионная акриловая эмаль (ГОСТ Р 51691-2008). Содержание гексаферрита составляло 60 % от общей массы композита. Для создания слоя композита использовали следующую схему. Наполнитель и связующее были взвешены на весах Shimadzu AUX-320 (погрешность ~ 0,5 мг). Далее компоненты соединялись в требуемых пропорциях (по массе) и перемешивались до однородного состояния с использованием ультразвукового диспергатора и магнитной мешалки. Полученная смесь наносилась тонким слоем на металлическую подложку. После высушивания первого слоя наносился еще один. Процесс повторялся до достижения требуемой толщины в 1,5 мм.Magnetic material 2 (FIG. 1) is a composite layer in which the active phase is a ferrite powder with a hexagonal structure BaFe 12 O 19 (M-type), which is obtained by standard ceramic technology. Hexaferrite powders were subjected to mechanical grinding to particle sizes less than 80 microns. To obtain the composite, any suitable heat-resistant (up to 100 ° C) binder can be used. As a binder, water-dispersed acrylic enamel was used (GOST R 51691-2008). The content of hexaferrite was 60% of the total mass of the composite. The following scheme was used to create the composite layer. Filler and binder were weighed on a Shimadzu AUX-320 balance (error ~ 0.5 mg). Further, the components were combined in the required proportions (by weight) and mixed until homogeneous using an ultrasonic dispersant and a magnetic stirrer. The resulting mixture was applied in a thin layer on a metal substrate. After drying the first layer, another layer was applied. The process was repeated until the desired thickness of 1.5 mm was achieved.
Диэлектрический материал 1 (фиг.1) представляет собой плоское радиопоглощающее пеностекло, получаемое вспениванием тонкомолотого стекольного порошка с размером частиц менее 60 мкм с добавлением углеродсодержащего газообразователя с содержанием 1 мас.% высокоактивной сажи с удельной поверхностью 16 м2/г. Используемое стекло, имеет стабильный состав, приведенный в табл. 1. Более подробно технологические режимы и процесс изготовления пеностекла описаныв патенте РФ на изобретение № 2494507. К достоинствам используемого пеностекла следует отнести высокую стабильность его радиотехнических характеристик, долговечность, негорючесть и экологичность. Диэлектрический материал закрепляется на металлической подложке, покрытой слоем магнитного композита, при помощи клея "Момент Универсальный 1" или клей универсальный "Момент 88", образуя панель поглотителя.The dielectric material 1 (Fig. 1) is a flat radar absorbing foam glass obtained by foaming a finely ground glass powder with a particle size of less than 60 μm with the addition of a carbon-containing blowing agent with a content of 1 wt.% Highly active carbon black with a specific surface area of 16 m 2 / g. The glass used has a stable composition, shown in table. 1. The technological modes and the process of manufacturing foam glass are described in more detail in the patent of the Russian Federation for invention No. 2494507. The advantages of the foam glass used include the high stability of its radio-technical characteristics, durability, incombustibility and environmental friendliness. The dielectric material is fixed on a metal substrate coated with a layer of a magnetic composite, using the adhesive "Moment Universal 1" or glue universal "Moment 88", forming an absorber panel.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Использование плоского слоя радиопоглощающего пеностекла с высоким содержанием углеродсодержащего газообразователя в пенообразующей смеси позволяет упростить конструкцию и значительно повысить коэффициент поглощения при допустимом снижении прочности материала. Сажа исполняет роль не только газообразователя, но и токопроводящего наполнителя, который не полностью удаляется из материала при вспенивании. Сочетание пористой структуры пеностекла с наличием углеродистых частиц обеспечивает эффективное поглощение электромагнитной волны, поэтому по изобретению содержание сажи в пеностекле увеличено до 1 мас.%.The use of a flat layer of radar absorbing foam glass with a high content of carbon-containing blowing agent in the foam-forming mixture allows us to simplify the design and significantly increase the absorption coefficient with a permissible decrease in the strength of the material. Soot plays the role of not only a gasifier, but also a conductive filler, which is not completely removed from the material when foaming. The combination of the porous structure of the foam glass with the presence of carbon particles provides effective absorption of the electromagnetic wave, therefore, according to the invention, the carbon black content in the foam glass is increased to 1 wt.%.
Применение более высокочастотного гексаферрита М-типа (естественный ферромагнитный резонанс ЕФМР вплоть до 100 ГГц) вместо магний-цинкового феррита прототипа (ЕФМР до 1 ГГц) позволяет существенно повысить рабочий диапазон частот поглотителя. Использование вместо чистого магнитного материала композита, содержащего 60 мас.% порошка гексаферрита, позволяет дополнительно снизить вес магнитного слоя материала и снизить уровни отраженного излучения за счет снижения комплексного волнового сопротивления слоя.The use of higher-frequency M-type hexaferrite (natural ferromagnetic resonance EFMR up to 100 GHz) instead of magnesium-zinc ferrite of the prototype (EFMR up to 1 GHz) can significantly increase the operating frequency range of the absorber. The use of a composite containing 60 wt.% Hexaferrite powder instead of pure magnetic material makes it possible to further reduce the weight of the magnetic layer of the material and reduce the levels of reflected radiation by reducing the complex wave resistance of the layer.
В результате теоретических и экспериментальных исследований были определены оптимальные толщины каждого из слоев поглотителя электромагнитных волн. Они определялись из задачи максимального уменьшения общей толщины поглотителя при снижении уровня отраженного излучения не менее чем на -12 дБ и составилиAs a result of theoretical and experimental studies, the optimal thicknesses of each of the layers of the absorber of electromagnetic waves were determined. They were determined from the task of minimizing the total thickness of the absorber while reducing the level of reflected radiation by at least -12 dB and amounted to
– для диэлектрического материала из плоского радиопоглощающего пеностекла 7 мм;- for dielectric material from flat radar absorbing
– для слоя магнитного композита 1,5 мм;- for a layer of a magnetic composite of 1.5 mm;
– для металлической подложки из медной фольги 0,5 мм.- for a metal substrate of 0.5 mm copper foil.
При увеличении толщины любого из использованных в ПЭВ слоев коэффициент отражения снижается еще значительней.With an increase in the thickness of any of the layers used in the SEW, the reflection coefficient decreases even more significantly.
За счет совместного использования слоев диэлектрического материала и магнитного композита удается многократно снизить толщину и массу ПЭВ гигагерцевого диапазона и обеспечить его эффективную работу на более высоких частотах. Измерения электромагнитных характеристик материалов проводились методом свободного пространства с использованием векторного анализатора цепей (Agilent PNA-X N4257A) с набором пирамидальных рупорных антенн и квазиоптического спектрометра (STD - 21) на лампах обратной волны. В табл. 2 приведены результаты измерений значений коэффициента отражения на различных частотах для слоя плоского радиопоглощающего пеностекла толщиной 7 мм на металле, для слоя магнитного композита толщиной 1,5 мм на металле и для поглотителя электромагнитных волн гигагерцевого диапазона по изобретению. Нанесение на отражающую поверхность пенокристаллического слоя толщиной 7 мм уменьшило коэффициент отражения почти в два раза в диапазоне 20-50 ГГц и более чем в 10 на частотах выше 200 ГГц (до 260 ГГц). Коэффициент отражения ферритового композита представлен осциллирующей функцией, которая отражает интерференционные свойства на толщине конкретного слоя. В среднем коэффициент отражения ферритового композита мало отличается от пенокристаллического образца, что связано с высоким контрастом комплексных волновых сопротивлений магнитного покрытия со свободным пространством, в то время как отражающие свойства пенокристаллического материала определяются только уровнем поглощающих свойств. Заметно уменьшился коэффициент отражения конструкции, когда на слой магнитного композита поместили слой пенокристаллического материала. В низкочастотной области отражение уменьшилось в 10 раз, а на высоких частотах в сто и более раз. При этом достигнута широкополосность созданной конструкции.Due to the joint use of layers of the dielectric material and the magnetic composite, it is possible to repeatedly reduce the thickness and mass of the SEW gigahertz range and ensure its effective operation at higher frequencies. The electromagnetic characteristics of the materials were measured using the free space method using a vector network analyzer (Agilent PNA-X N4257A) with a set of pyramidal horn antennas and a quasi-optical spectrometer (STD - 21) using backward wave lamps. In the table. 2 shows the results of measuring the reflection coefficient at different frequencies for a layer of flat radar absorbing foam glass with a thickness of 7 mm on a metal, for a layer of a magnetic composite 1.5 mm thick on a metal and for an absorber of electromagnetic waves of the GHz range according to the invention. The application of a foam-crystal layer of 7 mm thickness on the reflective surface reduced the reflection coefficient by almost half in the range of 20–50 GHz and more than 10 at frequencies above 200 GHz (up to 260 GHz). The reflection coefficient of a ferrite composite is represented by an oscillating function, which reflects the interference properties on the thickness of a particular layer. On average, the reflection coefficient of a ferrite composite differs little from a foam crystal sample, which is associated with a high contrast of the complex wave impedances of the magnetic coating with free space, while the reflective properties of the foam crystal material are determined only by the level of absorbing properties. The reflection coefficient of the structure decreased noticeably when a layer of foamy crystalline material was placed on a layer of a magnetic composite. In the low-frequency region, reflection decreased by a factor of 10, and at high frequencies by a hundred or more times. At the same time, the broadband of the created design was achieved.
Техническим результатом является поглотитель электромагнитных волн гигагерцевого диапазона с более простой конструкцией, обладающего меньшей массой и толщиной, работающего на более высоких частотах, вплоть до 260 ГГц, в более широком диапазоне 20–260 ГГц.The technical result is an absorber of electromagnetic waves of the GHz range with a simpler design, having a lower mass and thickness, operating at higher frequencies, up to 260 GHz, in a wider range of 20-260 GHz.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126740A RU2657018C1 (en) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126740A RU2657018C1 (en) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657018C1 true RU2657018C1 (en) | 2018-06-08 |
Family
ID=62560649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017126740A RU2657018C1 (en) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657018C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707656C1 (en) * | 2019-04-17 | 2019-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Composition and method of producing material which absorbs electromagnetic radiation |
| RU209860U1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | Thin ultra-wideband absorber of electromagnetic radiation |
| RU2775007C1 (en) * | 2022-03-21 | 2022-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Radar absorbing material |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2110122C1 (en) * | 1997-03-11 | 1998-04-27 | Юрий Константинович Александров | Superwide-band electromagnetic wave absorber |
| CN1286474A (en) * | 2000-06-26 | 2001-03-07 | 中国人民解放军空军工程设计研究局 | Foam glass type material obsorbing radar waves |
| RU2375793C1 (en) * | 2008-10-20 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Material for absorbing electromagnetic waves and method of making said material |
| RU2400883C1 (en) * | 2009-11-17 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Electromagnetic wave absorber |
| RU2453953C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Superwide-range absorber of electromagnet waves for anechoic rooms and screened premises |
| CN101985551B (en) * | 2010-08-23 | 2013-06-05 | 天津大学 | Foam glass-based composite radar absorbing material and preparation method thereof |
-
2017
- 2017-07-26 RU RU2017126740A patent/RU2657018C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2110122C1 (en) * | 1997-03-11 | 1998-04-27 | Юрий Константинович Александров | Superwide-band electromagnetic wave absorber |
| CN1286474A (en) * | 2000-06-26 | 2001-03-07 | 中国人民解放军空军工程设计研究局 | Foam glass type material obsorbing radar waves |
| RU2375793C1 (en) * | 2008-10-20 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Material for absorbing electromagnetic waves and method of making said material |
| RU2400883C1 (en) * | 2009-11-17 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Electromagnetic wave absorber |
| CN101985551B (en) * | 2010-08-23 | 2013-06-05 | 天津大学 | Foam glass-based composite radar absorbing material and preparation method thereof |
| RU2453953C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Superwide-range absorber of electromagnet waves for anechoic rooms and screened premises |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707656C1 (en) * | 2019-04-17 | 2019-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Composition and method of producing material which absorbs electromagnetic radiation |
| RU209860U1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | Thin ultra-wideband absorber of electromagnetic radiation |
| RU2775007C1 (en) * | 2022-03-21 | 2022-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Radar absorbing material |
| RU226275U1 (en) * | 2024-02-08 | 2024-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "РТ-технологии" | Broadband electromagnetic radiation absorber |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guan et al. | Cement based electromagnetic shielding and absorbing building materials | |
| US20080053695A1 (en) | Electromagnetic wave absorber and method of constructing the same | |
| Bueno et al. | Microwave-absorbing properties of Ni0. 50–xZn0. 50− xMe2xFe2O4 (Me= Cu, Mn, Mg) ferrite–wax composite in X-band frequencies | |
| RU2657018C1 (en) | Absorber electromagnetic waves of the gigahertz range | |
| WO2018124131A1 (en) | Millimeter-wave-band electromagnetic wave absorption sheet and millimeter-wave-band electromagnetic wave absorption method | |
| US6359581B2 (en) | Electromagnetic wave abosrber | |
| RU2234175C2 (en) | Electromagnetic absorbing material and method for manufacturing this material and shielding devices | |
| Meshram et al. | A study on the behaviour of M-type barium hexagonal ferrite based microwave absorbing paints | |
| JPH0883994A (en) | Wideband electromagnetic-wave-absorbing material | |
| RU115127U1 (en) | RADIO-ABSORBING COATING | |
| Park et al. | Design of wide bandwidth pyramidal microwave absorbers using ferrite composites with broad magnetic loss spectra | |
| RU2453953C1 (en) | Superwide-range absorber of electromagnet waves for anechoic rooms and screened premises | |
| JP2000357893A (en) | Electromagnetic wave shielding film and electromagnetic wave shielding paint | |
| KR100730597B1 (en) | Ceramic Panel for Building Having Electromagnetic Wave in Broad Frequency Range and Manufacturing Method Thereof | |
| JP2004006436A (en) | Radio wave absorption material and wave absorber | |
| KR20090027379A (en) | Prepreg structure for shielding electromagnetic wave and antenna including the same | |
| RU2110122C1 (en) | Superwide-band electromagnetic wave absorber | |
| KR100455342B1 (en) | Broad-band electromagnetic wave absorber | |
| Meshram et al. | Development and characterization of hexagonal ferrite based microwave absorbing paints at Ku-band | |
| JP2004253640A (en) | Electromagnetic wave absorbing material | |
| RU2783658C1 (en) | Radio absorbing material and method for producing radio absorbing coating | |
| JPH11274788A (en) | Electromagnetic wave absorbing material and method therefor | |
| RU2447551C1 (en) | Dead room | |
| JP2000022380A (en) | Radio wave absorber | |
| JP2004043705A (en) | Electromagnetic wave absorbing composition and molding using the same |