RU2713056C1

RU2713056C1 - Electromagnetic wave absorption device

Info

Publication number: RU2713056C1
Application number: RU2019109780A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Керков; Юрий Николаевич Богданов; Елена Николаевна Хандогина; Дмитрий Николаевич Владимиров; Лев Михайлович Суслов
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2020-02-03

Abstract

FIELD: protective devices.

SUBSTANCE: invention can be used for protection against electromagnetic radiation. Essence of the invention consists in the fact that the device is made in the form of a cellular base formed by cords 1 made of dielectric material attached to each other, absorbing elements are wound on the cords in the form of spirals made of ferromagnetic microwires in glass insulation; the length of each coil of each spiral is from 1 to 1.5 λ, where λ is minimum length of incident electromagnetic wave of operating frequency range of electromagnetic action.

EFFECT: possibility of effective absorption of energy of the incident EMW in a wide operating frequency range without limitation of its value.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве защитного средства, предназначенного для скрытия расположенного под ним движущегося либо неподвижного объекта от систем наблюдения радиолокационного обнаружения и защиты биологических объектов от электромагнитного излучения.The invention relates to radio electronics and can be used as a protective tool designed to hide a moving or stationary object located under it from surveillance systems for radar detection and protection of biological objects from electromagnetic radiation.

Известен поглотитель электромагнитных волн (ЭМВ), содержащий слой диэлектрика толщиной, соизмеримой с четвертью величины падающей ЭМВ, на внешней поверхности диэлектрика размещены две взаимно перпендикулярные дипольные решетки, настроенные на волну 3,2 см, и две аналогичные решетки, настроенные на волну 1,6 см [«Радиотехнические системы в ракетной технике» М., Воениздат, 1974 г., с. 236-238, р. 6.14]. Работоспособность устройства при горизонтальных и вертикальных поляризациях обеспечивается двумя парами решеток диполей, что трудно обеспечить технологически.A known absorber of electromagnetic waves (EMW), containing a dielectric layer with a thickness commensurate with a quarter of the magnitude of the incident EMW, on the outer surface of the dielectric are two mutually perpendicular dipole arrays tuned to a wavelength of 3.2 cm, and two similar arrays tuned to a wave of 1.6 see ["Radio engineering systems in rocket technology" M., Military Publishing House, 1974, p. 236-238, p. 6.14]. The operability of the device with horizontal and vertical polarizations is provided by two pairs of dipole gratings, which is difficult to provide technologically.

Наиболее близким к изобретению является защитное покрытие интерференционного типа, предназначенное для уменьшения обратного радиолокационного отражения [RU 2037926, Н01Q 17/00, 1992 г.]. Устройство выполнено в виде гибкой электроизолирующей пленки с нанесенным на нее электропроводным слоем в виде сетки, состоящей из участков радионепрозрачной электропроводной пленки. Недостатком известного устройства является ограниченный рабочий частотный диапазон. Это объясняется тем, что наибольшая эффективность защиты (при которой коэффициент отражения практически равен нулю) достигается при наличии между металлической поверхностью защищаемого объекта и токопроводящей сеткой диэлектрического слоя, толщина которого соизмерима с

длины падающей ЭМВ. При увеличении длины ЭМВ действие сетки, имеющей сопротивление 377 Ом, выходит из максимума электрического поля и коэффициент отражения соответственно увеличивается, следствием чего является резкое снижение эффективности защиты, поэтому подобные устройства используются только в коротковолновом диапазоне ЭМВ.Closest to the invention is an interference-type protective coating designed to reduce reverse radar reflection [RU 2037926, H01Q 17/00, 1992]. The device is made in the form of a flexible electrically insulating film with an electrically conductive layer deposited on it in the form of a grid consisting of sections of a radio-opaque electrically conductive film. A disadvantage of the known device is the limited operating frequency range. This is because the greatest protection efficiency (at which the reflection coefficient is practically equal to zero) is achieved when there is a dielectric layer between the metal surface of the protected object and the conductive grid, the thickness of which is comparable with

the length of the incident EME. With an increase in the length of the EMW, the action of the grid having a resistance of 377 Ohms leaves the maximum of the electric field and the reflection coefficient increases accordingly, which leads to a sharp decrease in the protection efficiency, therefore, such devices are used only in the short-wavelength range of EMW.

Техническим результатом, которого можно достичь при осуществлении изобретения, является расширение рабочего частотного диапазона защиты от электромагнитного воздействия при сохранении высокой эффективности защиты.The technical result that can be achieved by carrying out the invention is to expand the operating frequency range of protection against electromagnetic interference while maintaining high protection efficiency.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для поглощения электромагнитных волн, содержащем гибкую λ ячеистую основу из скрепленных друг с другом шнуров, изготовленных из диэлектрического материала, на шнуры намотаны поглощающие элементы в виде спиралей, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции, при этом длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1,5 λ, где λ - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона.The technical result is achieved by the fact that in the device for absorbing electromagnetic waves, containing a flexible λ cellular base of cords bonded to each other made of dielectric material, absorbing elements in the form of spirals made of ferromagnetic microwires in glass insulation are wound on the cords, while the length each coil of each of the spirals is from 1 to 1.5 λ, where λ is the minimum length of the incident electromagnetic wave of the working frequency range.

В проанализированных патентных источниках информации не обнаружено сведений о возможности обеспечения высокой эффективности защиты от электромагнитного воздействия в широком рабочем частотном диапазоне путем постоянного присутствия поглощающих элементов в максимуме магнитного поля, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям охраноспособности.No information was found in the analyzed patent information sources about the possibility of ensuring high efficiency of protection against electromagnetic effects in a wide operating frequency range by the constant presence of absorbing elements at the maximum of the magnetic field, which allows us to conclude that the invention meets the eligibility criteria.

На чертеже представлена конструкция устройства.The drawing shows the design of the device.

Устройство выполнено в виде ячеистой основы, образованной скрепленными друг с другом шнурами 1, изготовленными из диэлектрического материала. На шнуры 1 намотаны поглощающие элементы в виде спиралей 2, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции. Длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1, 5 λ, где λ, - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона электромагнитного воздействия.The device is made in the form of a cellular base formed by cords 1 fastened to each other and made of dielectric material. Absorbing elements are wound on cords 1 in the form of spirals 2 made of ferromagnetic microwires in glass insulation. The length of each turn of each of the spirals is from 1 to 1.5 λ, where λ is the minimum length of the incident electromagnetic wave of the working frequency range of electromagnetic exposure.

Шнуры, образующие ячеистую основу, могут быть скреплены друг с другом путем плетения либо с помощью точечной фиксации в узлах ячеек.The cords forming a cellular base can be fastened to each other by weaving or by point fixing in the nodes of the cells.

Шнуры могут быть изготовлены из натуральных либо синтетических нитей, например, лавсана.Cords can be made of natural or synthetic yarns, such as lavsan.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Защищаемый от электромагнитного воздействия объект размещают под съемным защитным покрытием. Электромагнитные волны, падающие из свободного пространства, попадают на поглощающие элементы покрытия, диффузно рассеиваясь во всем их объеме. При этом наряду с процессами поглощения электромагнитных волн, обусловленными магнитными и/или диэлектрическими потерями, будут иметь место процессы многократного отражения, сопровождающиеся поглощением их энергии. Из-за того, что поглощающие элементы (спирали 2 из ферромагнитных проводников) размещены на металлической поверхности объекта, они всегда находятся в максимуме магнитного поля. В спиралях, оси которых параллельны магнитной составляющей ЭМВ, возбуждаются токи. Из-за омических потерь в проводниках энергия падающих ЭМВ, переходя в тепло, поглощается. Причем этот процесс имеет место для всех длин волн. (Уфимцев П.Я. «Основы физической теории дифракции» - М: Бином. Лаборатория знаний, 2009 г.).The object protected from electromagnetic interference is placed under a removable protective coating. Electromagnetic waves incident from free space fall on the absorbing elements of the coating, diffusely scattering in their entire volume. Moreover, along with the processes of absorption of electromagnetic waves due to magnetic and / or dielectric losses, there will be multiple reflection processes accompanied by the absorption of their energy. Due to the fact that the absorbing elements (spirals 2 of ferromagnetic conductors) are located on the metal surface of the object, they are always at the maximum of the magnetic field. In spirals whose axes are parallel to the magnetic component of the EMW, currents are excited. Due to ohmic losses in the conductors, the energy of the incident EMW, being converted into heat, is absorbed. Moreover, this process takes place for all wavelengths. (P. Ufimtsev, “Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction” - M: Binom. Laboratory of Knowledge, 2009).

Направление навивок спиралей влияет только на поляризацию отраженной волны.The direction of coiling spirals affects only the polarization of the reflected wave.

Длина витка спирали, зависящая от шага навивки и ее диаметра, определяется длиной падающей ЭМВ. Установлено, что наибольшая эффективность защиты достигается при длине каждого витка каждой из спиралей от 1 до 1,5λ, где λ - минимальная длина падающей ЭМВ. При смещении в сторону коротких или длинных волн оптимальная длина витка уменьшается либо увеличивается соответственно. Если длина витка меньше длины волны (при смещении в сторону коротких волн), то будет работать не весь виток и эффективность работы устройства будет ниже. Если длина витка больше 1,5 величины падающей ЭМВ (при смещении в сторону длинных волн), то устройство будет больше поглощать энергию падающей волны за счет наведения тока в спирали и, соответственно, омических потерь энергии.The length of the spiral coil, depending on the pitch of the winding and its diameter, is determined by the length of the incident EMW. It has been established that the greatest protection efficiency is achieved with the length of each coil of each of the spirals from 1 to 1.5λ, where λ is the minimum length of the incident electromagnetic wave. When shifted to the side of short or long waves, the optimal length of the coil decreases or increases, respectively. If the coil length is less than the wavelength (when shifting toward short waves), then not the whole coil will work and the efficiency of the device will be lower. If the coil length is more than 1.5 the magnitude of the incident electromagnetic wave (when shifted to the side of long waves), the device will absorb more energy from the incident wave by inducing current in the spiral and, accordingly, ohmic energy loss.

Переход на новый частотный диапазон достигается изменением величины длины витка спирали.The transition to a new frequency range is achieved by changing the value of the length of the coil.

Для уверенного обеспечения достаточного уровня эффективности защиты спиралевидную навивку можно осуществить в несколько слоев, отличающихся друг от друга длинами витков.To ensure a sufficient level of protection efficiency, spiral winding can be carried out in several layers, differing from each other by the length of the turns.

Навивка спиралей ферромагнитными проводами в стеклянной изоляции позволяет увеличить потери энергии падающей электромагнитной волны за счет наличия магнитных свойств в ферромагнитном микропроводе и, как следствие, повысить эффективность работы устройства.Winding spirals with ferromagnetic wires in glass insulation can increase the energy loss of the incident electromagnetic wave due to the presence of magnetic properties in the ferromagnetic microwire and, as a result, increase the efficiency of the device.

Таким образом, благодаря размещению перпендикулярных друг другу ферромагнитных спиралей в магнитном поле максимальной величины (путем их установки непосредственно на металлической поверхности защищаемого объекта) при выполнении заданного соотношения между длиной падающей ЭМВ и конструктивными параметрами спиралей, обеспечивается стабильно высокий уровень эффективности поглощения энергии падающей ЭМВ в широком рабочем диапазоне частот без ограничения длины рабочего диапазона устройства.Thus, by placing ferromagnetic spirals perpendicular to each other in a magnetic field of maximum magnitude (by installing them directly on the metal surface of the protected object) when a predetermined relationship between the length of the incident electromagnetic field and the design parameters of the spirals is achieved, a consistently high level of energy absorption efficiency of the incident electromagnetic field in a wide operating frequency range without limiting the length of the operating range of the device.

Высокая эффективность защиты в широком рабочем частотном диапазоне электромагнитного воздействия делают данное покрытие наиболее предпочтительным при решении проблем защиты различного вида объектов от систем наблюдения радиолокационного обнаружения и защиты биологических объектов от электромагнитного излучения.High protection efficiency in a wide operating frequency range of electromagnetic exposure makes this coating the most preferable when solving problems of protecting various types of objects from surveillance systems for radar detection and protecting biological objects from electromagnetic radiation.

Claims

A device for absorbing electromagnetic waves, containing a flexible cellular base of cords bonded to each other, made of dielectric material, characterized in that the cords are wound absorbing elements in the form of spirals made of ferromagnetic microwires in glass insulation, the length of each turn of each spirals is from 1 to 1.5 λ, where λ is the minimum length of the incident electromagnetic wave of the working frequency range.