ПОГЛОТИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Российский патент 2014 года по МПК H01Q17/00 C08L63/00 C08K7/00 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к поглотителям электромагнитных волн, используемых в конструкциях антенн для оптимизации их радиотехнических характеристик, устранения резонансных явлений и уменьшения паразитных отражений от проводящих объектов, расположенных вблизи антенн.

При разработке широкополосных малогабаритных антенн, работающих в диапазоне ультравысоких частот (УВЧ) в качестве поглотителей могут быть применены ферритовые плиты-адсорберы компаний Cuming Microwave и Frankonia стандартных размеров 100×100 мм и толщиной от 5,4 до 6,7 мм. Преимуществом ферритовых поглотителей в УВЧ диапазоне является то, что, несмотря на малую толщину, они обеспечивают очень хорошие характеристики по коэффициенту отражения до -30÷ -37 дБ, что важно для малогабаритных антенн. Существенным недостатком ферритовых поглотителей является ограничение по верхней рабочей частоте - 1 ГГц, сложность их механической обработки и относительно высокая стоимость. Использование гидроабразивной обработки при изготовлении поглотителей сложной формы существенно снижает технологичность, усложняет процесс конструирования антенн и приводит к увеличению их массы.

Известен поглотитель электромагнитных волн (патент RU 2414029) на основе эпоксидно-эластомерного связующего с магнитным порошком нанокристаллического сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой и размером частиц от 1 до 50 мкм, содержащий также нанокристаллы соединений α-(Fe,Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10^-5 1/нм³ в определенных соотношениях. Недостатком этого поглотителя является увеличенный коэффициент отражения в диапазоне 0,3-1,0 ГГц.

Целью данного изобретения является создание поглотителя электромагнитных волн для широкополосных малогабаритных антенн, работающих в диапазоне ультравысоких частот с пролонгацией в область частот больших 1 ГГц одновременно с технологичностью его изготовления.

Указанная цель достигается тем, что поглотитель электромагнитных волн, состоящий из эпоксидно-эластомерного связующего, в котором распределен магнитный наполнитель - нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой с содержанием в частицах сплава нанокристаллов соединений α-(Fe,Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10^-5 1/нм³, имеет следующее соотношение компонентов, масс.ч.:

эпоксидный эластомер 100 отвердитель 10 нанокристаллический порошок 200÷700,

при этом нанокристаллический порошок имеет размер частиц от 1 до 100 мкм.

Выбор полимерной матрицы определяется эксплуатационными и технологическими характеристиками.

На рис.1 приведены сравнительные измерения по коэффициенту отражения поглотителей Cuming Microwave, Frankonia и нового поглотителя.

С целью практического подтверждения применения нового поглотителя была разработана малогабаритная комбинированная спиральная антенна при соотношении диаметра антенны к нижней длине волны, например, 0,134, работающая в диапазоне 0,3-1 ГГц. В качестве поглотителей в основании антенны перед металлическим экраном были применены: ферритовые плиты-адсорберы компаний Cuming Microwave в первом случае, Frankonia во втором и новый поглотитель в третьем случае.

Все три указанные антенны при этом обеспечивали требуемые радиотехнические характеристики в диапазоне 0,3÷1,0 ГГц по КСВН, диаграммам направленности, коэффициенту усиления, эллиптичности, уровню боковых и задних лепестков.

Кроме измерений по РТХ были проведены сравнительные измерения по коэффициенту отражения поглотителей Cuming Microwave, Frankonia и нового поглотителя. Измерения проводились в диапазоне частот 307÷600 МГц. Образцы поглотителей с металлической подложкой устанавливались в раскрыве металлического рупора, размер раскрыва 495×435 мм. Относительные данные измерений приведены на рис.1, где видно, что в зонах 307÷375 и 560÷600 МГц новый поглотитель имеет наименьший коэффициент отражения по сравнению с зарубежными поглотителями, при этом кривизна линии зависимости коэффициента отражения зарубежных поглотителей значительно больше, чем у нового поглотителя. На основании данных измерений можно сделать вывод, что в области нижних, а это особенно важно для малогабаритных антенн, и высоких частот УВЧ диапазона, новый поглотитель имеет лучшие и более перспективные параметры.

Дополнительным преимуществом нового поглотителя является возможность изготовления деталей сложной конфигурации путем обычной механической обработки, а также по сравнению с ферритами существенно низкая стоимость.

Далее были проведены следующие испытания антенны с новым поглотителем:

- испытание на воздействие циклического изменения температур при температуре -60°C - 2 ч, +85°C - 2 ч, всего 10 циклов;

- испытание на устойчивость при воздействии случайной вибрации в диапазоне частот 5-2000 Гц со средним значением суммарного ускорения 12,5 g;

- испытание на вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот 5-2000 Гц с продолжительностью испытаний по 3 мин (вибропрочность) и по 9 ч (виброустойчивость) по осям x, y, z;

- испытание на воздействие повышенной влажности 96-100% при температуре +35-+55°C в течение 10 суток;

- испытание на воздействие повышенной температуры +85°C - 2 ч, +120°C - 3 мин;

- испытание на воздействие пониженной температуры -60°C - 2 ч.

Результаты испытаний положительные.

Таким образом, использование нового поглотителя позволило:

- обеспечить уменьшение коэффициента отражения в нижней и верхней части диапазона УВЧ, при удовлетворительном коэффициенте отражения в средней части диапазона;

- обеспечить монотонность формы диаграмм направленности малогабаритной широкополосной антенны в области УВЧ;

- обеспечить стабильность радиотехнических характеристик антенны;

- улучшить технологичность изготовления поглотителей.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к поглотителям электромагнитных волн, используемых в конструкциях антенн для оптимизации их радиотехнических характеристик, устранения резонансных явлений и уменьшения паразитных отражений от проводящих объектов, расположенных вблизи антенн.

Поглотитель электромагнитных волн состоит из эпоксидно-эластомерного связующего, в котором распределен магнитный наполнитель - нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой с содержанием в частицах сплава нанокристаллов соединений α-(Fe,Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10^-5 1/нм³, при следующем соотношение компонентов, мас.ч.:

эпоксидный эластомер 100 отвердитель 10 нанокристаллический порошок 200÷700,

при этом нанокристаллический порошок имеет размер частиц от 1 до 100 мкм. Технический результат - использование нового поглотителя обеспечило уменьшение коэффициента отражения в нижней и верхней части диапазона УВЧ, при удовлетворительном коэффициенте отражения в средней части диапазона, монотонность формы диаграмм направленности малогабаритной широкополосной антенны. 1 ил.

Поглотитель электромагнитных волн, состоящий из эпоксидно-эластомерного связующего, в котором распределен магнитный наполнитель - нанокристаллический порошок, представляющий собой частицы сплава Fe-Cu-Nb-Si-B с нанокристаллической структурой с содержанием в частицах сплава нанокристаллов соединений α-(Fe,Si) объемной плотностью (2,8÷2,9)·10^-5 1/нм³, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов, мас.ч.:
эпоксидный эластомер 100 отвердитель 10 нанокристаллический порошок 200÷700,