СЕЛЕКТИВНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01Q17/00 G12B17/02 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам защиты от ЭМИ, и может быть использовано для снижения вредного для здоровья уровня излучения в радиотелефонах, компьютерах и других устройствах бытового и специального назначения.

Известно устройство для поглощения электромагнитных волн /1/. Представляющее собой неоднородную по всем направлениям поверхность и состоит из чередующихся между собой по всем направлениям этой поверхности емкостных и индуктивных элементов.

Недостатки этого устройства: необеспечивание селективности поглощения электромагнитных волн, громоздкость конструкции.

Известно еще аналогичное устройство /2/ для поглощения электромагнитного излучения, состоящее из ферритовой подложки и нанесенного на него согласующего диэлектрического слоя с углеродным наполнителем.

Недостатки этого устройства: необеспечивание селективности поглощения электромагнитных волн.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для защиты от электромагнитного излучения, включающее три слоя проводника и размещенные в промежутках между ними два слоя диэлектрика /3/.

Известное устройство не обеспечивает возможности селективности поглощения электромагнитных волн (ЭМВ), его нельзя изготовить оптически прозрачным, а следовательно, использовать в качестве защитного слоя на мониторах.

Технический результат от использования предлагаемого покрытия заключается в усилении подавления электромагнитного излучения, создании оптически прозрачного покрытия для защиты от электромагнитных волн.

Указанный технический результат достигается тем, что селективное покрытие для защиты от электромагнитного излучения включает один диэлектрический слой, на обе поверхности которого нанесены полосковые металлические киральные элементы.

Указанный технический результат достигается также тем, что введен клеящий слой, размещенный вдоль поверхности диэлектрического слоя.

На фиг.1 изображено предлагаемое селективное покрытие.

На фиг.2 представлены результаты численного расчета зависимостей модулей коэффициентов отражения основной и деполяризованной составляющей от угла падения θ волны S-поляризации на киральную поверхность.

На фиг.3 приведены зависимости модулей коэффициентов прохождения от угла падения θ волны S-поляризации на киральную поверхность.

На фиг.4 приведена зависимость коэффициентов отражения и прохождения ЭМВ при падении на “решетку” из полосковых киральных элементов в виде букв S от нормированного параметра d/λ (где d - расстояние между соседними киральными элементами; λ - длина волны падающего ЭМИ).

Селективное покрытие для защиты от ЭМИ, показанное на фиг.1, представляет собой слой однородного диэлектрика с относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями ε и μ соответственно, на поверхности которого нанесены полосковые металлические элементы в виде букв S. Причем элементы, размещенные на верхней и нижней поверхностях слоя, повернуты друг относительно друга на некоторый угол. Расстояние между полосковыми элементами должно соотноситься с длиной волны падающего ЭМИ. Металлизация поверхностей диэлектрика в виде “решеток” из проводящих зеркально-асимметричных элементов может быть выполнена при помощи метода литографии.

Предлагается использовать в качестве экранирующего покрытия искусственную среду, обладающую свойством киральности /4-6/. Понятие киральности в широком смысле слова связано с проявлением зеркальной асимметрии объектов. В электродинамике киральной называется среда, в состав которой входят металлические элементы зеркально-асимметричной формы (например, право- и левовинтовые спирали, элементы в виде букв и их зеркальные отражения). Следует отметить, что использование объемных проводящих спиралей в качестве киральных элементов при создании экранирующих покрытий не является технологически выгодным вследствие того, что они должны размещаться внутри диэлектрического слоя. В настоящее время наблюдается рост интереса к исследованию искусственных киральных сред на основе полосковых зеркально-асимметричных элементов /7/. Поэтому нами предлагается в качестве экранирующего покрытия для защиты от ЭМИ использовать полосковые киральные элементы (например, в виде букв S), нанесенные на противоположные поверхности диэлектрического слоя.

Рассмотрим основные физические предпосылки создания селективного покрытия для защиты от ЭМИ на основе искусственной киральной среды. Известно, что при падении ЭМВ на киральный слой происходит ее деполяризация, то есть появление в составе поля отраженной волны составляющих, которые отсутствовали в падающей /4/. Например, при падении ЭМВ линейной S-поляризации отраженная волна обладает эллиптической поляризацией (то есть появляются составляющие Р-поляризованной волны). Поэтому при изучении вопросов отражения ЭМВ от киральной среды вводят коэффициенты отражения как основной, так и деполяризованной составляющей. На фиг.2 представлены результаты численного расчета зависимостей модулей коэффициентов отражения основной и деполяризованной составляющей от угла падения θ волны S-поляризации на киральную поверхность /5, 6/. Как видно из фиг.2 при любом угле падения ЭМВ S-поляризации на киральный слой большим коэффициентом отражения обладает деполяризованная (Р), а не основная (S) составляющая отраженной волны. Более того, при нормальном падении ЭМВ (θ=0) происходит полная деполяризация и отражается волна Р-поляризации.

На фиг.3 приведены зависимости модулей коэффициентов прохождения от угла падения θ волны S-поляризации на киральную поверхность /5, 6/. Как видно из фиг.3, в киральной среде происходит распространение двух волн с право- и левокруговыми поляризациями, обладающих одинаковыми амплитудами (при любом угле падения). Как известно, суперпозиция таких волн представляет собой ЭМВ с линейной поляризацией.

В результате можно сделать вывод: киральный слой обладает возможностью изменения поляризации падающей волны при ее отражении. Причем следует заметить, что в общем случае, когда на киральный слой падает волна с эллиптической поляризацией также будет наблюдаться ее деполяризация.

Решение и численный анализ задачи дифракции ЭМВ на “решетке” из полосковых киральных элементов в виде букв S проводятся в /7/. Основным выводом из указанных исследований является возможность применения полосковых киральных элементов в качестве частотно- и поляризационно-селективных покрытий. В частности, можно утверждать, что отраженная от “решетки” из полосковых киральных элементов волна будет обладать различными поляризационными характеристиками при падении на нее волн с право- и левокруговыми поляризациями. Частотная селективность подобного покрытия является следствием того, что киральность среды проявляется только в случае, когда длина волны ЭМИ соотносится с расстоянием между соседними киральными элементами. На фиг.4 приведена зависимость коэффициентов отражения и прохождения ЭМВ при падении на “решетку” из полосковых киральных элементов в виде букв S от нормированного параметра d/λ (где d - расстояние между соседними киральными элементами; λ - длина волны падающего ЭМИ) /7/. “Решетка” моделирует отражательные свойства верхней поверхности слоя с киральными элементами (фиг.1).

Как видно из фиг.4, существует некоторое значение параметра d/λ, при котором имеются максимум отражения деполяризованной составляющей (штриховая линия) и максимум прохождения основной составляющей (сплошная линия). Отсюда следует важный вывод о том, что выбирая различные расстояния между киральными элементами, можно варьировать рабочими частотами предлагаемого экранирующего покрытия. Полоса частот регулируется размерами киральных элементов и расстоянием между ними.

Рассмотрим общий механизм работы предлагаемого покрытия для защиты от ЭМИ. При падении ЭМВ произвольной поляризации на “решетку” из полосковых киральных элементов, расположенную на верхней поверхности слоя, во внешнюю область I отразится волна либо S, либо Р-поляризации (это зависит от угла поворота киральных элементов), а в диэлектрический слой пройдет волна противоположной поляризации (соответственно Р или S). “Решетка” из киральных элементов, расположенная на нижней поверхности диэлектрического слоя, повернута относительно верхней “решетки” на такой угол, чтобы коэффициент отражения для ЭМВ с поляризацией как у прошедшей волны (Р или S) был близок к единице. В этом случае в область III ЭМИ проходить не будет.

Литература

1. Патент RU 2125327 С1, опубликованный 20.01.1999.

2. Патент RU 2169952 С1, опубликованный 27.06.2001.

3. Патент RU 2168879 С1, опубликованный 10.06.2001.

4. Lindell I.V., Sihvola A.H., Tretyakov S.A., Viitanen A.J. Electromagnetic waves in chiral and bi-isotropic media. - London: Artech House, 1994. - 291р.

5. Неганов В.А., Осипов О.В. Отражение электромагнитных волн от плоских киральных структур //Изв. ВУЗов Радиофизика, 1999. - Т.42. - №9. - С.870-878.

6. Neganov V.A., Osipov O.V. Scattering of electromagnetic waves from planar chiral structures //Radiophysics and Quantum Electronics, 1999. - V.42. - №9. - Р.764-773.

7. Васильева Т.Ц., Просвирнин С.Л. Дифракция электромагнитных волн на плоской решетке из киральных полосковых элементов сложной формы //Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 1998. - T.1. - №4. - С.5-9.

Изобретение относится к средствам защиты от электромагнитного излучения (ЭМИ) и может быть использовано для снижения вредного для здоровья уровня излучения в радиотелефонах, компьютерах и других устройствах. Технический результат заключается в усилении подавления ЭМИ, создании оптически прозрачного покрытия. Сущность изобретения заключается в нанесении на обе поверхности диэлектрического слоя полосковых металлических киральных элементов. Кроме того, может быть введен клеящий слой, размещенный вдоль поверхности диэлектрического слоя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Селективное покрытие для защиты от электромагнитного излучения, включающее один диэлектрический слой, отличающееся тем, что на обе поверхности диэлектрического слоя нанесены полосковые металлические киральные элементы.2. Селективное покрытие для защиты от электромагнитного излучения по п.1, отличающееся тем, что введен клеящий слой, размещенный вдоль поверхности диэлектрического слоя.