Поглотитель электромагнитных волн
Владельцы патента RU 2402845:
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поглощения электромагнитных излучений в антенно-фидерных системах и СВЧ-блоках. Технический результат предлагаемого изобретения -получение эластичного поглощающего состава, обладающего низким коэффициентом отражения в диапазоне СВЧ и стабильностью поглощающих характеристик при длительной эксплуатации во влажной среде. Поглотитель электромагнитных волн содержит полимерное связующее - компаунд «Виксинт ПК-68», радиопоглощающий наполнитель - карбонильный никель в смеси с графитом при следующем соотношении компонентов, в вес.%: компаунд «Виксинт ПК-68» - 30-40, карбонильный никель - 50-55, графит - остальное. 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поглощения электромагнитных излучений в антенно-фидерных системах и СВЧ-блоках.
Известны материалы на основе карбонильного железа и полимерного связующего, приведенные в ОСТ 107.460007.006-92 «Материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии», содержащие карбонильное железо и полимерное связующее на основе эпоксидной или полиуретановой смолы в весовых соотношениях:
| карбонильное железо | от 39 до 90% |
| полимерное связующее | от 10 до 61% |
Недостатками этих материалов являются низкая эластичность, недостаточная теплостойкость (до +150°С), высокий коэффициент отражения на частотах от 57 до 70 ГГц, нестабильность поглощающих характеристик из-за окисления железа при длительной эксплуатации во влажной среде.
Из известных поглотителей наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является поглощающий материал, описанный в патенте РФ №2231877, МПК Н01Q 17/00, представляющий собой магнитодиэлектрик, состоящий из карбонильного железа и компаунда «Виксинт ПК-68» (низкомолекулярный кремнийорганический каучук и катализатор №68), взятых в соотношении вес.%:
| Виксинт ПК-68 - низкомолекулярный каучук | 15,27-18,05 |
| катализатор №68 | 0,46-0,76 |
| карбонильное железо Р - 10 | остальное |
Данный поглотитель электромагнитных волн несложен в приготовлении, имеет приемлемую для нанесения покрытий и для заливки в формы консистенцию, обладает высокой эластичностью (не склонен к растрескиванию) и термостойкостью. Недостатками прототипа являются высокий коэффициент отражения на частотах от 20 до 100 ГГц и нестабильность поглощающих характеристик из-за окисления железа при длительной эксплуатации во влажной среде.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение эластичного поглощающего состава, обладающего низким коэффициентом отражения в диапазоне СВЧ и стабильностью поглощающих характеристик при длительной эксплуатации во влажной среде.
Технический результат достигается тем, что в поглотителе электромагнитных волн на основе магнитодиэлектрика, состоящем из полимерного связующего компаунда «Виксинт ПК-68» и радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя, в качестве радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя использован карбонильный никель в смеси с графитом при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| компаунд «Виксинт ПК-68» | 30-40 |
| карбонильный никель | 50-55 |
| графит | остальное |
На фиг.1 изображена блок-схема измерения ослабления в образцах прибором Р2-69 - измерителем модуля передачи и отражения.
На фиг.2 изображена блок-схема измерения коэффициентов стоячей волны по напряжению (КСВн) образцов прибором Р2-69.
На фиг.1 и фиг.2:
1 - генератор; 2 - индикатор; 3 - направленные ответвители с детекторной головкой (ДН); 4 - исследуемый образец; 5 - нагрузка согласованная.
Состав готовят следующим образом. Карбонильный никель марки ПНК-1Л5 (ГОСТ 9722-79) и порошкообразный графит марки ГК-3 (ГОСТ 4 404-78) предварительно сушат при температуре (120±10)°С в течение 2-4 часов в сушильном шкафу. Необходимые навески карбонильного никеля, графита и каучука СКТН (компонент компаунда «Виксинт ПК-68», ТУ 38.103508-81) смешивают путем перетирания в фарфоровой ступке пестиком до получения однородной массы (не менее 15 мин), после чего в полученную смесь вводят навеску катализатора №68 (компонент компаунда «Виксинт ПК-68») и перетирают смесь в течение 5-10 мин. Приготовленная композиция пригодна для заливки в формы или нанесения слоев на изделия в течение 1 часа. Полное отверждение композиции при температуре от 15°С до 35°С - 24 часа.
Для экспериментальной проверки были приготовлены 3 состава поглотителей электромагнитных волн, соотношения компонентов которых приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Наименование компонентов | Варианты состава и количество компонента (вес.%) | ||
| №1 (прототип) | №2 | №3 | |
| Компаунд «Виксинт ПК-68» | 16 | 40 | 30 |
| Карбонильное железо | 84 | ||
| Карбонильный никель | 50 | 55 | |
| Графит | 10 | 15 |
Для проверки радиотехнических характеристик составов поглотителей изготавливались с помощью заливочной формы образцы в виде пластин размером 25×25×2 мм. Экспериментальные исследования отражающих и поглощающих свойств данных составов производилось до и после выдержки при температуре 35-40°С и относительной влажности воздуха не менее 95% в течение 21 суток (по п.5.3 ГОСТ РВ 20.57.306-98 для изделий исполнения «О»). Исследования ослабления (сумма энергии электромагнитных волн преобразованной в тепловую энергию в материале и энергии, отраженной от поверхности образца) проводились с помощью прибора Р2-69 (измерителя модуля передачи и отражения) в соответствии с блок-схемой, представленной на фиг.1. По экрану индикатора 2 измеряли ослабление мощности СВЧ-сигнала при прохождении его через образец материала 4, который размещали между фланцами направленных ответвителей ДН 3.
Исследования отражающих свойств образцов проводили путем измерения коэффициента стоячей волны по напряженности (КСВн) для каждого образца, поочередно помещаемого между фланцами направленного ответвителя ДН 3 и согласованной нагрузкой 5 в соответствии с блок-схемой на фиг.2.
Вычисление коэффициента отражения |Г|2, характеризующего отражательные свойства образца, производилось по следующей формуле:
В таблице 2 представлены результаты измерения величин ослабления и отражения (КСВн и |Г|2) для трех составов поглотителей на частотах от 57 до 70 ГГц до и после термовлажностных испытаний.
| Таблица 2 | |||
| Варианты состава | Значение параметра до/после воздействия влаж. | ||
| Ослабление, дБ | КСВн | |Г|2 | |
| 1 | 40/32 | 10/10 | 0,67/0,67 |
| 2 | 45/45 | 4/4 | 0,36/0,36 |
| 3 | 42/42 | 5/5 | 0,44/0,44 |
Из таблицы 2 видно, что поглощающие свойства (ослабление) состава 1 ухудшаются после длительного воздействия влаги, а у составов 2 и 3 значение ослабления остается неизменным и превосходит значение для состава 1. Кроме того, составы 2 и 3 характеризуются существенно меньшими значениями КСВн и |Г|2, что указывает на значительно меньшее (в 2 и более раз) отражение электромагнитного излучения от поверхности образцов данных составов, чем от образцов состава 1.
Испытания показали, что образцы состава 1 после воздействия термовлажностных факторов изменили цвет с черного на темно-коричневый, что указывает на коррозию частиц карбонильного железа.
При изучении известных технических решений в данной области техники видно, что углерод технический (и графит) используется в радиопоглощающих материалах. Однако о применении графита в сочетании с карбонильным никелем в определенных соотношениях неизвестно. При этом образуется новый положительный эффект - уменьшение коэффициента отражения и повышенная стабильность поглощающих характеристик при длительной эксплуатации во влажной среде.
Поглотитель электромагнитных волн на основе магнитодиэлектрика, состоящий из полимерного связующего компаунда «Виксинт ПК-68» и радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя, отличающийся тем, что в качестве радиопоглощающего ферромагнитного наполнителя использован карбонильный никель в смеси с графитом при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| компаунд «Виксинт ПК-68» | 30÷40 |
| карбонильный никель | 50÷55 |
| графит | остальное |
