Поглотитель СВЧ-энергии и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности, к материалам для поглотителей СВЧ-энергии и способам их изготовления и может быть использовано в радиотехнической промышленности.

Известен материал для поглощения энергии электромагнитных волн. При этом способ изготовления указанного материала включает последовательное прохождение стадий формирования, сушки и тремообра- ботки композиционного материала, полученного смешением исходных окислов.

Недостатком данного материала является низкий коэффициент ослабления отражения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является поглотитель СВЧ-энергии, содержащий слои из диэлектрических и поглощающего материалов. Недостатком данного по- глотителя СВЧ-энергии является низкий коэффициент ослабления отражения, а использование-в качестве связующего полимеров ограничивает его теплостойкость температурами 200-220° С.

Известен способ изготовления поглотителей СВЧ-энергии, заключающийся в механическом перемешивании смеси кремнийорганического каучука с наполнителем из частиц углерода. Недостатком дан- ного способа можно считать получение в процессе него материалов с постоянными электрофизическими параметрами и, как следствие, их эффективное функционирование лишь на фиксированных частотах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления керамических изделий, который заключается в проведении термообработки предварительно подготов- ленной шихты и последующим ее помолом и спеканием. Недостатком данного способа является получение материалов с электрофизическими параметрами, не изменяющимися по его толщине и, следовательно, невозможность обеспечения низкого коэффициента отражения, в диапазоне длин волн.

Цель изобретения - уменьшение коэффициента отражения и повышение тепло- стойкости конструкции поглотителя СВЧ-энергии. Поставленная цель достигается тем, что поглотитель СВЧ-энергии, содержащий слои из диэлектрических и поглощающего материалов, выполнен трех- слойным, общей толщиной (0,7-0,75) Атах, где Атах - максимальная длина волны рабочего диапазона, сопрягаемые поверхности слоев и внешняя поверхность третьего, относительно защищаемой поверхности, слоя выполнены ребристыми с профилем ребер в форме прямоугольного треугольника, причем первый слой содержит в качестве диэлектрического материала сег- нетокерамический порошок, а в качестве поглощающего материала - активированный уголь в следующем процентном соотношении в мае. %:

Сегнетокерамический

порошок80-90

Активированный уголь10-20 и выполнен высотой (0,28-0,32) Атах, с ребрами высотой (0,14-0,18) Атах, с углом при вершине ребра 16-18°, второй слой содержит в качестве диэлектрических материалов Сегнетокерамический порошок и синтетический каучук в следующем процентном соотношении в мае. %:

Сегнетокерамический

порошок55-65

Синтетический каучук35-45, а ребра на поверхности, сопряженной с третьим слоем, выполнены высотой от вер- . шин ребер первого слоя (0,18-0,22) Атах с гипотенузой, перпендикулярной гипотенузе ребер первого слоя, третий слой содержит в качестве диэлектрических материалов Сегнетокерамический порошок и синтетический каучук в следующем процентном соотношении, мае. %:

Сегнетокерамический

порошок15-25

Синтетический каучук75-85, ребра на поверхности третьего слоя выполнены высотой (0,21-0,25)Атах с гипотенузой, параллельной гипотенузе ребер первого слоя.

При этом способ изготовления описанного поглотителя СВЧ-энергии, включающий термообработку предварительно подготовленной шихты, дополнительно включает изготовление первого слоя из композиционного материала спеканием при температуре Т 1150-1200° С в течение 90 мин, затем фрезеровку ребристой поверхности, на которою наносят второй слой, прессуют при давлении Р 55-60 кг/см2 и температуре Т 250-300° С и фрезеруют ребристую поверхность, на которую наносят третий слой, прессуют при Р 35-40 кг/см2 и температуре Т 250- -270° С, причем перед фрезерованием слои охлаждают непринудительно до комнатной температуры.

За счет такого выполнения поглотителя, при котором происходит взаимопроникновение веществ соседних слоев и плавное изменение электрофизических параметров

структуры, а в качестве материалов слоев используются композиционные материалы, представляющие собой смеси диэлектрических и поглощающего материалов с определенными концентрациями ингредиентов, обеспечивается получение положительного эффекта, состоящего в уменьшении коэффициента отражения и повышении теплостойкости конструкции поглотителя. Сущность его заключается в следующем. Взаимопроникновение вещества соседних слоев и взаимно перпендикулярное расположение их ребер позволяет сформировать структуру поглотителя с минимальным рассогласованием волновых сопротивлений в двух ее соседних точках, вследствие чего происходит устранение интерференционных эффектов и коэффициент отражения будет определяться лишь степенью рассогласования волновых сопротивлений свободного пространства и наружного слоя структуры, Взаимно перпендикулярное расположение ребер соседних слоев структуры позволяет существенно увеличить число переотражений электромагнитных волн (прошедших во внутрь структуры) и тем самым значительно понизить их интенсивность в отраженном поле.

Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства обеспечивает получение положительного эффекта, состоящего в уменьшении коэффициента отражения и повышении теплостойкости конструкции поглотителя СВЧ-энергии до 250° С.

На чертеже изображена конструкция поглотителя СВЧ-энергии и приняты следующие обозначения:

1 - первый слой;

2 - второй слой;

3 - третий слой.

Для осуществления изобретения поглотитель СВЧ-энергии. имеющий общую толщину (0,7-0,75) Атах. выполнен следующим образом. Первый слой 1 высотой (0,28-0,32) Атах выполнен из композиционного материала, содержащего, мае. %;

Сегнетокерамический

порошок80-90

Активированный уголь10-20 и получаемого спеканием при температуре Т 1150-1200° С в течение 90 мин. Наружная поверхность первого слоя выполнена ребристой с профилем ребер в виде прямоугольного треугольника с углом при вершине 16-13° и высотой (0.14-0,18) Атах. Промежутки между ребрами первого слоя 1 заполнены вторым слоем 2, из которого выполнены ребра высотой от вершин ребер

первого слоя (0,18-0,22) Атах с гипотенузой, перпендикулярной гипотенузе ребер первого слоя. В качестве материала для изготовления слоя 2 используется композиционный материал, получаемый прессованием при давлении Р 55-60 кг/см2 и температуре Т 250-330° С смеси, включающей, мае. %:

Сегнетокерамический

порошок 55-65 Синтетический каучук 35-45 Промежутки между ребрами второго слоя 2 заполнены третьим слоем, на внешней поверхности которого выполнены ребра высотой от вершин ребер второго слоя 2 (0,21-,25) Ятах с гипотенузой, параллельной гипотенузе ребер первого слоя. В качестве материала для слоя 3 используется композиционный материал, получаемый

прессованием при давлении Р 35-40 кг/см2 и температуре Т 250-270° С смеси, включающей, мае. %:

Сегнетокерамический

порошок15-25

Синтетический каучук 75-85

Выбор значений концентрации ингредиентов в смесях для изготовления слоев обусловлен следующими причинами. Известно , что оптимальное поглощение СВЧэнергии в структуре обеспечивается при экспоненциальном законе изменения электрофизических параметров структуры, а в многослойных структурах с определенным градиентом изменения параметров. В

заявленном поглотителе СВЧ-энергии концентрации ингредиентов для изготовления композиционного материала третьего сло я являются практически предельными для получения достаточной жесткости с целью

последующего выполнения ребристой поверхности. Концентрации ингредиентов для первого и второго слоев выбирались исходя из необходимости получения значений диэлектрических и поглощаемых материалов с

Ј 445. Второй слой материала имел ребра высотой от вершин ребер первого слоя 5 мм с гипотенузой, перпендикулярной гипотенузе ребер первого слоя и был выполнен из смеси сегнетокерамического порошка цирконата-титаната бария-свинца и кремний- органического каучука с е. 61. Третий слой с ребрами высотой от вершин ребер второго слоя 5 мм и гипотенузой, параллельной гипотенузе ребер первого слоя, был выполнен

из смеси сегнетокерамического порошка цирконата-титаната бария-свинца и крем- нийогранического каучука с Ј 7,5. Четвертый слой имел конусообразные шипы высотой от вершин ребер третьего слоя 7 мм

с углом при вершине 30° и был выполнен из политетрафторэтилена, имеющегоЈ 2, а наружная поверхность четвертого слоя после активации имела губчатую структуру толщиной 1ммсе 1,4. В диапазоне длин волн ДЯ (0,5 - 3) см коэффициент ослабления отражения составил от 23 до 28 дб.

Формула изобретения 1. Поглотитель СВЧ-энергии, содержащий слои из диэлектрических и поглощающего материалов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента отражения и повышения теплостойкости, он выполнен трехслойным, общей толщиной h (0,7-075) Ллах. где Ятах максимальная длина волны рабочего диапазона, сопрягаемые поверхности слоев и внешняя поверхность третьего, относительно защищаемой поверхности, слоя выполнены ребристыми с профилем ребер в форме прямоугольного треугольника, причем первый слой содержит в качестве диэлектрического материа- ла сегнетокерамический порошок, в качестве поглощающего материала - активированный уголь в следующем соотношении, мае. %:

Сегнетокерамический порошок80-90 Активированный уголь 10-20 и выполнен высотой (0,28-0,32) Ятах, с ребрами высотой (0,14-0,18) Ятах, с углом при вершине ребра 16-18°, второй слой содержит в качестве диэлектрических материалов сегнетокерамический порошок и синтетический каучук в следующем соотношении, мае. %:

Сегнетокерамический

порошок55-65 Синтетический каучук 35-45, а рёбра на поверхности, сопряженной с третьим слоем, выполнены высотой от вершин ребер первого слоя (0,18-0,22) Ятах с гипотенузой, перпендикулярной к гипо- тенузе ребер первого слоя, третий слой содержит в качестве диэлектрических материалов сегнетокерамический порошок и синтетический каучук в следующем соотношении, мае. %: Сегнетокерамический

порошок15-25

Синтетический каучук75-85 ребра внешней поверхности третьего слоя выполнены высотой (0,21-0,25) Ятах с гипо- тенузой, параллельной гипотенузе ребер первого слоя.

2. Способ изготовления поглотителя СВЧ-энергии, включающий термообработку композиционного материала, отличаю- щи и с я тем, что первый слой изготавливают из композиционного материала спеканием при температуре 1150-1200° С в течение 90 мин, затем фрезеруют ребристую поверхность, на которую наносят второй слой, прессуют при давлении 55-60 кг/см2 и температуре 250-330° С, фрезеруют ребристую поверхность, на которую наносят третий слой, прессуют при давлении 35-40 кг/см2 и температуре 250-270° С, причем перед фрезерованием слои охлаждают непринудительно до комнатной температуры.

Использование: для поглощения СВЧ-- энергии. Сущность изобретения: поглотитель СВЧ-энергии выполнен трехслойным общей толщины h (0,7 - 0,75) Amax, гдеЛпах максимальная длина волны рабочего диапазона. Сопрягаемые поверхности слоев 1,2 и 3 и внешняя поверхность третьего слоя 3 выполнены ребристыми с профилем ребер в виде прямоугольного треугольника, причем слой 1 содержит 80-90 мас.% сегнетокера- мического порошка и 10-20 мас.% активированного угля, слои 2 и 3 содержат 55-65 мас.% и 15-25 мас.% сегнетоке- рамического порошка и 35-45 мас.% и 75 - 85 мас.% синтетического каучука соответственно. Размеры слоев и ребер приведены. Поглотитель получен спеканием ингредиентов и прессованием слоев при определенных температурах и давлении и фрезерованием ребристой поверхности. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. ел С