Конформное покрытие объектов, мало отражающее электромагнитные волны, и способ его изготовления

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к малоотражающим конформным покрытиям объектов для снижения их радиолокационной видимости в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых электромагнитных волн (ЭМВ). Техническим результатом изобретения является уменьшение коээфициента отражения электромагнитной волны от покрытия в широкой полосе частот. Малоотражающее покрытие состоит из трех слоев: первый слой, лежащий непосредственно на защищаемом объекте, - поглотитель, выполненный из радиопоглощающего материала, второй и третий слои представляют собой взаимно ортогональные трехмерные решетки в виде одинаково ориентированных разомкнутых металлических плоских колец, внедренных в диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε, при этом зазоры колец ориентированы со стороны поглотителя. Способ формирования трехмерных решеток заключается в предварительном создании двухмерных решеток из одинаковых резонансных разомкнутых металлических плоских колец, расположенных на линии, соединяющей их центры на одной из поверхностей защищаемого объекта. Зазоры в разомкнутых кольцах ориентированы перпендикулярно к одному из ребер поверхности прямого диэлектрического параллелепипеда, на которой сформирована двухмерная решетка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к малоотражающим покрытиям и может быть использовано в наземной, наводной, авиационной и космической технике, а также в объектах и устройствах бытового назначения для уменьшения радиолокационной заметности объектов.

Известен поглотитель электромагнитных волн RU 2119216 C1 [1], который может быть использован для создания малоотражающих покрытий для снижения радиолокационной видимости объектов в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых электромагнитных волн.

Известен также поглотитель интерференционного типа, который состоит из слоя диэлектрика толщиной , двух взаимно перпендикулярных дипольных решеток, расположенных на внешней поверхности и настроенных на волны 3,2 см, а также двух аналогичных решеток, расположенных в диэлектрическом слое на удалении в 0,25λ от металлической подложки и настроенных на волны 1,6 см.

Данный поглотитель имеет КО по полю до 16% между двумя точками согласования на волнах 1,6 и 3,2 см в полосе длин волн 1,4-4,25 см [2].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению задачи является поглотитель электромагнитных волн RU 2119216С1 [1], ввиду того, что он может быть использован для создания малоотражающих покрытий для снижения радиолокационной видимости объектов в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых электромагнитных волн.

Однако данный поглотитель имеет сложную структуру, т.к. она представляет собой многослойное покрытие (причем слои переменной толщины) и двухмерные решетки и имеет достаточно узкую полосу частот, в которой будут наблюдаться малые коэффициенты отражения ЭМВ.

Техническим результатом изобретения является уменьшение коэффициента отражения электромагнитной волны от покрытия в широкой полосе частот.

Указанный технический результат достигается тем, что конформное покрытие объектов, малоотражающее электромагнитные волны (ЭМВ), включает три слоя: первый слой - поглотитель, два последующих слоя представляют собой решетки из резонансных элементов в диэлектриках, трехмерные решетки во втором и третьих слоях диэлектрика образованы разомкнутыми плоскими кольцами во взаимно ортогональных плоскостях, совпадающих с направлением падения волны, а зазоры разомкнутых колец ориентированы к поглотителю.

Конформное покрытие объектов средний радиус а металлических разомкнутых плоских колец во втором и третьих слоях диэлектрика с угловой длиной разрывов менее 90° и расстояние между соседними центрами разомкнутых колец d определяются из соотношений:

,

где λ_n - центральная длина волны диапазона ЭМВ, падающих на защищаемый объект, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика во втором и третьем слоях.

На фиг.1 показано конформное покрытие объектов, малоотражающее электромагнитные волны, для снижения радиолокационной видимости объектов и увеличения его широкополосности: структура малоотражающего покрытия (а) и прямой диэлектрический параллелепипед с решеткой в виде одинаково ориентированных разомкнутых плоских колец на одной из его поверхностей для создания 2 и 3 слоев поглощающего покрытия со взаимно ортогональными трехмерными решетками (б); 1 - поглотитель; А, Б, В, Г - обозначение граней прямого параллелепипеда; 2 - слой, составленный из вертикально склеенных диэлектрических параллелепипедов; 3 - слой, составленный из горизонтально склеенных диэлектрических параллелепипедов (б). На фиг.2 показана рассчитанная нами амплитудная диаграмма направленности в азимутальной плоскости дифрагированного поля плоской ЭМВ Н-поляризации (вектор перпендикулярен плоскости разомкнутого кольца). На фиг.3 показано металлическое разомкнутое кольцо, расположенное в азимутальной плоскости в воздухе, сплошной линией показана геометрия плоского кольца, стрелкой указано направление падения плоской ЭМВ.

Малоотражающее покрытие состоит из трех слоев. Первый слой представляет собой поглотитель, выполненный из радиопоглощающего материала, в следующих двух диэлектрических слоях формируются трехмерные решетки из резонансных элементов в виде разомкнутых колец во взаимно ортогональных плоскостях, совпадающих с направлением падения волны, а зазоры разомкнутых колец ориентированы со стороны поглотителя.

По отношению к поглотителю [1], в котором применяется система замкнутых колец, образующих двухмерные решетки, используются решетки из разомкнутых колец, поэтому предлагаемое малоотражающее покрытие является более широкополосным. Другим важным преимуществом предлагаемого покрытия по отношению к [1] является то обстоятельство, что используются разомкнутые кольца, которые в отличие от замкнутых изотропных переизлучателей являются неизотропными переизлучателями электромагнитной мощности.

Ориентация зазоров разомкнутых колец с обратной стороны падения волны по отношению к поглотителю выбрана из тех соображений, что происходит перераспределение максимума электромагнитной мощности в сторону поглощающего слоя.

При такой ориентации разрыва дифрагированное поле направляется в область поглотителя и за счет этого уменьшается коэффициент отражения ЭМВ от покрытия.

Для доказательства утверждения широкополосности малоотражающего покрытия проведены расчеты амплитудной диаграммы направленности в азимутальной плоскости для случая 2πа/λ=1.15 и показано, что характер кривой меняется незначительно. Расчет амплитудной диаграмы направленности осуществлен методом сингулярных интегральных уравнений, разработанным проф. В.А.Негановым [3]. Для сравнения, метод сингулярных интегральных уравнений в случае замкнутого кольца (которые предлагаются в [1]) дает при а/λ=1/4π отражение от него примерно 1,5 раза больше по сравнению с отражением от ориентированного разомкнутого кольца.

Для устранения зависимости коэффициента отражения от поляризации волны в третьем слое поглощающего покрытия (фиг.3) вводится трехмерная решетка из разомкнутых колец, повернутых на 90° в меридиональной плоскости к разомкнутым кольцам первой решетки во втором слое поглощающего покрытия, при этом ориентация разрывов в кольцах остается по отношению к поглотителю. Коэффициент отражения покрытия с двумя такими взаимно перпендикулярными решетками практически не зависит от угла поляризации падающей на него волны.

В качестве поглощающего слоя может быть использовано, например, покрытие, включающее 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 [4].

Известен способ изготовления малоотражающего покрытия для электромагнитных волн, включающий несколько слоев из различных пластмасс и формирование на одной из их поверхностей двухмерных решеток резонансных элементов [1]. Однако этот способ дает технологию изготовления только двухмерных решеток.

Техническим результатом изобретения является возможность создания форм малоотражающих покрытий конформных поверхностей защищаемых объектов и технология изготовления трехмерных решеток из резонансных разомкнутых плоских колец.

Указанный технический результат достигается тем, что способ создания конформного покрытия объектов, малоотражающего электромагнитные волны, включает нанесение трех слоев: первый слой из поглотителя непосредственно на защищаемом объекте, второй и третий слои из диэлектриков с решетками со взаимно перпендикулярными ориентациями резонансных элементов. При формировании трехмерных решеток во втором и третьем слоях предварительно созданы одинаковые гибкие диэлектрические прямые параллелепипеды с ширинами, равными длине между соседними центрами разомкнутых колец, высотами не менее диаметра плоских колец. Длины параллелепипедов определены размерами защищаемого объекта на одной из граней прямых диэлектрических параллелепипедов, определяющих высоту второго и третьего слоев. Изготовлены двухмерные решетки из разомкнутых плоских металлических колец с одинаковой перпендикулярной ориентацией разрывов по отношению к одному из ребер этих граней. При создании второго слоя грани этих гибких параллелепипедов с двухмерными решетками последовательно приклеены в горизонтальных плоскостях к противоположным граням по отношению к граням с двухмерными решетками следующего прямого диэлектрического параллелепипеда с одновременным приклеиванием перпендикулярной грани прямого диэлектрического параллелепипеда к слою поглотителя, так чтобы ориентация разрывов в кольцах были направлены к поглотителю. При создании третьего слоя гибкие диэлектрические прямые параллелепипеды точно так же последовательно склеены между собой в вертикальных областях и одновременно приклеены к поверхности второго слоя.

Способ реализуется следующим образом.

На первом этапе на поверхность защищаемого объекта наносится слой поглощающего материала (первый слой в покрытии). На втором этапе создаются двухмерные решетки в виде разомкнутых плоских колец, расположенных на линии, соединяющей их центры на одной из поверхностей (грань А на фиг.1, б) одинаковых гибких прямых диэлектрических параллелепипедов с перпендикулярной ориентацией зазоров колец по отношению к ребру параллелепипеда, определяющих толщины второго и третьего слоев, и с ширинами, равными длине между соседними центрами разомкнутых колец. Длины прямых параллелепипедов определяются размерами защищаемого объекта. Для создания второго слоя покрытия прямые диэлектрические параллелепипеды склеивают в горизонтальных плоскостях, причем поверхность (грань А на фиг.1, б) с двухмерной решеткой из разомкнутых колец приклеивается к противоположной поверхности (грани В на фиг.1, б), свободной от разомкнутых колец другого параллелепипеда. Для создания формы покрытия конформной поверхности защищаемого объект необходимо сначала приклеить один гибкий прямой диэлектрический параллелепипед к слою из радиопоглощающего материала, так чтобы плоскости разомкнутых колец были перпендикулярны поверхности из радиопоглощающего материала, и зазоры ориентированы к этой поверхности. Далее одновременно приклеиваются две поверхности (грани) следующего гибкого прямого диэлектрического параллелепипеда с поверхностями приклеенного параллелепипеда и радиопоглощающего материала. Противоположную поверхность (грань) приклеиваемого параллелепипеда по отношению к двухмерной решетке (грань В на фиг.1, б) склеивают с поверхностью (гранью) с двухмерной решеткой приклеенного прямого параллелепипеда, а перпендикулярную поверхность (грань) по отношению к поверхности (грани) с решеткой (грань Г на фиг.1, б) к поверхности из радиопоглощающего материала (слой 1). Операция повторяется, пока полностью не покрывается поверхность поглотителя. На третьем этапе аналогично создают третий слой поглощающего покрытия, т.е. гибкие прямые диэлектрические параллелепипеды последовательно склеиваются в вертикальных плоскостях и одновременно приклеиваются ко второму слою. В результате в третьем и втором слоях малоотражающего покрытия формируются взаимно перпендикулярные трехмерные решетки из разомкнутых колец с ориентацией зазоров к поглотителю.

Литература

1. Борзенко Г.П., Ткачев Н.А. Поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления. - 9611654/09. Заяв. 1996.08.13. (РФ). Опубл. 1998.09.20. (статус: по данным на 17.09.2007 - прекратил действие). Патент RU 2119216 С1.

2. Великанов В.Д. и др. Радиотехнические системы в ракетной технике. - М.: Воениздат, 1974.

3. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.Л. Электродинамические методы проектирования устройств СВЧ и антенн. Учебное пособие для вузов. / Под. ред. Неганова В.А. - М.: Радио и связь 2002. - 416 с.

4. Шабанов С.Г. Радиопоглощающее покрытие, способ получения и управления его свойствами и устройство для дистанционного измерения отражательных свойств покрытий на объектах в свч диапазоне радиоволн. 2155420 С1. - 2000.08.27.

1. Конформное покрытие объектов, мало отражающее электромагнитные волны в виде трех слоев, первый слой - поглотитель, два последующих слоя - решетки из резонансных элементов в диэлектриках, отличающееся тем, что трехмерные решетки во втором и третьих слоях диэлектрика образованы разомкнутыми плоскими кольцами во взаимно ортогональных плоскостях, совпадающих с направлением падения волны, а зазоры разомкнутых колец ориентированы к поглотителю.

2. Конформное покрытие объектов по п.1, отличающееся тем, что средний радиус а металлических разомкнутых плоских колец с угловой длиной разрывов менее 90° и расстояние между соседними центрами разомкнутых колец d определены из соотношений:
,
где λ_n - центральная длина волны диапазона ЭМВ, падающих на защищаемый объект, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика во втором и третьем слоях.

3. Способ создания конформного покрытия объектов, мало отражающего электромагнитные волны, включающий нанесение трех слоев: первый слой из поглотителя непосредственно на защищаемом объекте, второй и третий слои из диэлектриков с решетками со взаимно перпендикулярными ориентациями резонансных элементов, отличающийся тем, что при формировании трехмерных решеток во втором и третьем слоях предварительно созданы одинаковые гибкие диэлектрические прямые параллелепипеды с ширинами, равными длине между соседними центрами разомкнутых колец, высотами не менее диаметра плоских колец, длины параллелепипедов определены размерами защищаемого объекта на одной из граней прямых диэлектрических параллелепипедов, определяющих высоту второго и третьего слоев, изготовлены двухмерные решетки из разомкнутых плоских металлических колец с одинаковой перпендикулярной ориентацией разрывов по отношению к одному из ребер этих граней, при создании второго слоя грани этих гибких параллелепипедов с двухмерными решетками последовательно приклеены в горизонтальных плоскостях к противоположным граням по отношению к граням с двухмерными решетками следующего прямого диэлектрического параллелепипеда с одновременным приклеиванием перпендикулярной грани прямого диэлектрического параллелепипеда к слою поглотителя так, чтобы ориентация разрывов в кольцах была направлена к поглотителю, при создании третьего слоя гибкие диэлектрические прямые параллелепипеды точно также последовательно склеены между собой в вертикальных областях и одновременно приклеены к поверхности второго слоя.