РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2009 года по МПК H01Q1/38 

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) и может быть использовано для уменьшения изрезанности (улучшения формы) диаграмм направленности (ДН) антенн в антенных устройствах, состоящих из одной или нескольких антенн, размещенных в непосредственной близости с металлической или диэлектрической поверхностями сложной геометрической формы, а также для снижения радиолокационной видимости антенной системы, например, самолетного применения.

Слабонаправленные антенны на основе, например, круглого волновода часто дополняются небольшими рупорами или диэлектрическими линзами с тем, чтобы получить монотонные осесимметричные диаграммы направленности, которые могут быть использованы для амплитудной пеленгации. В этом случае создание требуемых диаграмм направленности осуществляется за счет определенного формирования электромагнитного поля в передней полусфере антенны. Данные антенны имеют расширяющуюся к раскрыву конструктивную внешнюю форму, которая затрудняет размещение таких антенн в передней части крыла самолета.

Возможен другой вариант конструкции слабонаправленной антенны на основе круглого волновода. В нем используется антенный рассеятель, находящийся в задней полусфере антенны, при этом конструкция рассеятеля сужается к раскрыву антенны, что позволяет удобно размещать их в крыле самолета. Применение такого рассеятеля имеет еще одно преимущество - позволяет избавиться от влияния конструкций, находящихся в области размещения, например обтекателя, других элементов крыла.

Однако такой рассеятель не всегда обеспечивает минимальную изрезанность диаграммы направленности антенны. С этой целью на внешнюю поверхность рассеятеля наносится слой радиопоглощающего покрытия определенной толщины и состава, к которому предъявляются жесткие требования по обеспечению:

1) минимальной изрезанности диаграммы направленности антенн (не более 0,3-0,4 дБ) в заданном диапазоне частот и поляризаций;

2) высокой адгезионной и механической прочности радиопоглощающего покрытия;

3) минимальной толщины и массы;

4) технологичности изготовления.

Из поглощающих материалов, поставляемых в готовом виде, известны однослойные магнитодиэлектрические пластины, например, марки ПМ-3,2 (ТУ 2531-002-10492330-2000), имеющие удовлетворительную механическую прочность. Приклейка пластин на отражающую электромагнитные волны поверхность производится клеями на полиуретановой, эпоксидной и каучуковой основах. Недостатками материала являются разброс по толщине пластин, поставляемых в готовом виде от 1,83 до 2,03 мм (фактические данные по анализу готовой продукции), и потери материала вследствие механической обработки пластин, а также большая трудоемкость изготовления изделий, имеющих различную кривизну поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является радиопоглощающее покрытие (патент РФ №2155420), относящееся к поглотителям электромагнитных волн в диапазоне сверхвысоких частот. Материал может быть использован для уменьшения радиолокационной видимости объектов различного назначения и конфигураций. Радиопоглощающий материал, который используется в этом радиопоглощающем покрытии, включает в себя в качестве полимерного связующего синтетический клей «Элатон» на основе латекса и в качестве магнитного наполнителя - порошкообразный феррит или карбонильное железо при соотношении компонентов, мас.%: синтетический клей «Элатон» на основе латекса 80-20, порошкообразный феррит или карбонильное железо 20-80. Радиопоглощающее покрытие выполняется в виде слоев радиопоглощающего материала, первый из которых нанесен на отражающую электромагнитные волны поверхность, а остальные нанесены последовательно один на другой, при этом количество слоев радиопоглощающего материала определяется требуемой величиной коэффициента поглощения покрытия. Указанное радиопоглощающее покрытие имеет высокую адгезию к алюминиевым и стальным сплавам, что обуславливает получение с его помощью тонкопленочного (толщиной 1…2 мм) покрытия.

Известный радиопоглощающий материал пригоден для нанесения на поверхности различной геометрии, однако имеет большую трудоемкость изготовления и неудовлетворительную механическую прочность.

Таким образом, цель изобретения заключается в разработке прочного однослойного радиопоглощающего покрытия для антенн, обеспечивающего минимальную изрезанность диаграммы направленности антенны в заданном диапазоне частот наряду с технологичностью его изготовления.

Для достижения поставленной цели в составе на основе магнитодиэлектрика, состоящего из карбонильного железа и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего использован эпоксидный эластомер с отвердителем при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидный эластомер 100 Отвердитель 8 Карбонильное железо Р-10 200-600

Данное радиопоглощающее покрытие для антенн обладает высокой адгезионной и механической прочностью и удобно для нанесения непосредственно на изделие. При этом оно является однослойным, а его толщина определяется из условия минимальной изрезанности диграммы направленности антенны в требуемом диапазоне частот и поляризаций и составляет 0,18 λ ср. При этом изрезанность диаграммы направленности антенны не превышает 0,1-0,3 дБ.

Влияние рассеятеля на диаграмму направленности антенны и положительное воздействие нового радиопоглощающего покрытия по сравнению с ПМ-3,2 показано на фиг.1 и фиг.2.

Сравнительные характеристики физико-механических свойств исследованных радиопоглощающих материалов приведены в таблице.

Таблица Показатели РПП (ПМ-3,2) Клей «Элатон-К» на основе латекса Радиопоглощающее покрытие для антенн Номинальный удельный вес, г/см³ 2,84 5,00 Не более 2,72 Номинальная толщина, мм 1,83 1…2 1…2 Прочность при разрыве, МПа, не менее 3,5 2,3 20,0 Магнитная проницаемость 1.23 - 1,15 Диэлектрическая проницаемость 10,21 - 11,07 Примечание: магнитная и диэлектрическая проницаемость нового радиопоглощающего покрытия для антенн измерена при нормальном падении электромагнитных волн на плоский образец, расположенный на металлическом экране.

Как видно из данных, приведенных в таблице, предлагаемое однослойное радиопоглощающее покрытие для антенн имеет наибольшую прочность и приемлемые радиотехнические характеристики.

Состав готовят следующим образом. Карбонильное железо просеивают через капроновое сито и сушат при температуре (120±10)°С в течение 1-2 ч в сушильном шкафу. В эпоксидный эластомер вводятся отмеренные количества отвердителя и карбонильного железа, после чего смесь тщательно перемешивается. Полученную смесь наносят непосредственно на изделие, затем помещают в специальную форму, обеспечивающую определенную толщину покрытия. Форма закрывается и выдерживается при нормальной температуре (25±10)°С в течение 24 ч.

После извлечения из формы изделия до испытаний выдерживаются в нормальных условиях не менее 24 ч.

Для проверки радиотехнических характеристик были изготовлены:

состав 1 и состав 2 собственных рецептур с полимерным связующим, эпоксидным эластомером с отвердителем, с различным содержанием карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

  Состав 1: Состав 2: Эпоксидный эластомер 100 100 Отвердитель 8 8 Карбонильное железо Р-10 200 600

Для экспериментальной проверки радиотехнических характеристик были изготовлены образцы (составы 1, 2) радиопоглощающего покрытия для антенн разной толщины: 0,08 λ ср, 0,11 λ, ср, 0,18 λ ср.

Выбор лучшего варианта образца проводился сравнением диаграмм направленности антенны по минимальности их искажений. Диаграммы направленности измерялись при вертикальной (ВП) и горизонтальной (ГП) поляризациях падающего поля для трех частот диапазона.

Установлено, что минимальную изрезанность К=0,1 - 0,3 дБ диаграммы направленности антенны обеспечивают образцы толщиной 0,18 λ ср.

С уменьшением толщины образцов изрезанность заметно увеличивается особенно при горизонтальной поляризации на верхней частоте (fв) диапазона примерно на 1 дБ.

Сравнение минимальной изрезанности диаграммы направленности антенны с образцами нового радиопоглощающего покрытия и радиопоглощающего покрытия ПМ-3,2 показали, что РПП ПМ-3,2 увеличивает минимальную изрезанность диаграммы направленности на 0,1÷0,47 дБ, при этом ее максимальная величина составляет 0,59 дБ. Кроме того, во всем диапазоне частот возрастает поляризационный разбег ширины диаграммы направленности и на верхних частотах нарушается монотонность в пределах главного лепестка (см. фиг.2).

Далее были проведены следующие типовые испытания антенн:

1. Проверка радиотехнических характеристик антенн в нормальных условиях на соответствие ТУ на изделие.

2. Испытание на воздействие циклического изменения температур при температуре - 60°С - 2 ч, +85°С - 2 ч, всего 10 циклов.

3. Испытание на устойчивость при воздействии случайной вибрации на диапазоне частот 5 - 2000 Гц со средним значением суммарного ускорения 12,5 g.

4. Испытание на вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот 5 - 2000 Гц с продолжительностью испытаний по 3 мин (вибропрочность) и по 9 ч (виброустойчивость) оси x, y, z.

5. Испытание на воздействие повышенной влажности 96 - 100% при температуре +35-55°С в течение 10 суток.

6. Испытание на воздействие повышенной температуры +85°С - 2 ч, +120°С - 3 мин.

7. Испытание на воздействие пониженной температуры - 60°С - 2 ч.

После каждого вида испытаний производилась проверка радиотехнических характеристик антенн.

Как видно из приведенных результатов испытаний, предполагаемое изобретение позволило обеспечить работоспособность антенн в заданных условиях эксплуатации, а также технологичность и идентичность изготовления, что подтверждено эксплуатационной стабильностью антенн.

Таким образом, как это подтверждается результатами экспериментов и испытаний, была решена поставленная задача и достигнут требуемый технический результат изобретения, а именно получено прочное однослойное радиологлощающее покрытие для антенн наряду с технологичностью изготовления.

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) и может быть использовано для уменьшения изрезанности или улучшения формы диаграмм направленности (ДН) антенн в антенных устройствах, состоящих из одной или нескольких антенн, размещенных в непосредственной близости с металлической или диэлектрической поверхностью сложной геометрической формы, а также для снижения радиолокационной видимости антенной системы, например, самолетного применения. Сущность изобретения заключается в том, что в составе на основе диэлектрика, состоящего из карбонильного железа и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего использован эпоксидный эластомер с отвердителем при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксидный эластомер - 100, отвердитель - 8, карбонильное железо - 200-600. Данное радиопоглощающее покрытие обладает высокой адгезионной и механической прочностью и удобно для нанесения непосредственно на изделие. При этом радиопоглощающее покрытие является однослойным, а его толщина определяется из условия минимальной изрезанности диаграммы направленности антенны и в требуемом диапазоне частот и поляризаций составляет 0,18 λ, ср. При этом изрезанность диаграммы направленности антенны не превышает 0,1-0,3 дБ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Радиопоглощающее покрытие для антенн, содержащее карбонильное железо и полимерное связующее, отличающееся тем, что выполнено однослойным, а в качестве полимерного связующего использован эпоксидный эластомер с отвердителем при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
эпоксидный эластомер 100 отвердитель 8 карбонильное железо 200÷600

2. Радиопоглощающее покрытие для антенн по п.1, отличающееся тем, что его толщина определяется минимальной изрезанностью диаграммы направленности антенны в диапазоне частот от fн до fв и составляет не более 0,18 λ ср.