Устройство для защиты от электромагнитного излучения

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн и конструкциям поглотителей, может быть использовано для создания экранов и панелей, для уменьшения инфракрасной и радиолокационной заметности объектов, в частности к использованию поглощающих и изоляционных материалов для уменьшения отражения радиолокационных сигналов и количества испускаемого инфракрасного излучения от объектов. Устройство содержит конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполненные в виде диэлектрической решетки, образующей ячейки, размеры которых выбраны из условия λ/4≤a, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны электромагнитного излучения. Ячейка решетки покрыта радиопоглощающим материалом в составе полимерного связующего и высокодисперсного графитового поглотителя с поверхностной плотностью ρ_г=3…6 мг/см², взятым в соотношении компонентов по сухому остатку 1:1, основание решетки покрыто теплоотражающим материалом, а ячейки заполнены теплоизоляционным материалом. Технический результат заключается в улучшении стабильности характеристик коэффициента ослабления радиолокационного сигнала и в повышении теплоизоляционных свойств устройства для защиты от электромагнитного излучения. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн и конструкциям поглотителей, может быть использовано для создания экранов и панелей, для уменьшения инфракрасной и радиолокационной заметности объектов, в частности к использованию поглощающих и изоляционных материалов для уменьшения отражения радиолокационных сигналов и количества испускаемого инфракрасного излучения от объектов. Предлагаемый материал и конструкция позволяют повысить скрытность объектов, вооружения и военной техники и уменьшить вероятность обнаружения их радиолокационными и тепловизионными средствами разведки и наведения оружия.

Известен поглотитель электромагнитных волн [патент RU №2383089, МПК H01Q 17/00 (2006, 1), опубл. 27.02.2010 г.], выполненный в виде диэлектрического слоя заданного размера - связующего и наполнителя, распределенного в объеме связующего. При этом наполнитель содержит множество дискретных электропроводящих резонансных элементов. Электропроводящие резонансные элементы выполнены в виде спиралей и/или меандров и распределены в объеме связующего равномерно, при этом они дополнительно распределены и по их длине.

Недостатками данного поглотителя являются высокие значения характеристик отражения на частотах ниже 5 ГГц, зависимость характеристик отражения от поляризации падающей волны электромагнитного излучения (ЭМИ).

Известны объемные поглотители электромагнитных волн, изготавливаемые на основе пенопласта (заявка ФРГ №159114, МПК H01Q 17/00, 1972 г.). В данной заявке пенопластовые элементы покрываются лаком, наполненным графитом или сажей.

Недостатком таких поглотителей является то, что они имеют нестабильность характеристик, зависящих от качества пропитки, низкую прочность пенопластовых фасонных элементов, высокий коэффициент отражения и низкие поглощающие качества.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для защиты от электромагнитного излучения [патент RU 2566338, МПК H01Q 17/00 (2006, 1), 20.10.2015 г., опубл. 27.10.2016 г.], которое включает углеродосодержащий поглощающий материал и ограничивающие толщину устройства радиопрозрачные конструктивные элементы, выполненные в виде диэлектрических решеток, образующих ячейки.

Недостатком устройства является нестабильность характеристик коэффициента ослабления в зависимости от частоты электромагнитного поля, обусловленная неоднородностью распределения углеграфитовых филаментов (поглощающий материал выполнен в виде хаотично спутанных углеграфитовых филаментов) в матрице полимерного связующего как в виде отдельных частиц (меньшая часть), так и в виде агрегатов различного размера (большая часть). Кроме того, устройство обладает оптической прозрачностью в инфракрасном диапазоне длин волн, тем самым не поглощает инфракрасное излучение испускаемое объектом.

Техническим результатом изобретения является улучшение стабильности характеристик коэффициента ослабления радиолокационного сигнала и повышение теплоизоляционных свойств устройства для защиты от электромагнитного излучения.

Технический результат достигается тем, что устройство для защиты от электромагнитного излучения, содержащее конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполненные в виде диэлектрической решетки, образующей ячейки, согласно изобретению размеры ячеек решетки выбраны из условия λ/4≤a, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны электромагнитного излучения, ячейка решетки покрыта радиопоглощающим материалом в составе полимерного связующего и высокодисперсного графитового поглотителя, с поверхностной плотностью ρ_г=3…6 мг/см², взятым в соотношении компонентов по сухому остатку 1:1, основание решетки покрыто теплоотражающим материалом, а ячейки - заполнены теплоизоляционным материалом.

Сущность изобретения заключается в том, что размеры ячеек решетки выбраны из условия λ/4≤a, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны электромагнитного излучения, ячейка решетки покрыта радиопоглощающим материалом в составе полимерного связующего и высокодисперсного графитового поглотителя, с поверхностной плотностью ρ_г=3…6 мг/см², взятым в соотношении компонентов по сухому остатку 1:1, основание решетки покрыто теплоотражающим материалом, а ячейки - заполнены теплоизоляционным материалом.

Поглощения радиоволн в предлагаемом устройстве происходит в радиопоглощающей решетке с размерами ячейки, удовлетворяющими условию λ/4≤а, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны электромагнитного излучения [см. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели / под ред. О.Н. Леонтьевского. - М.: Советское радио, 1975. - 348 с.]. Ячеистая структура радиопоглощающей решетки обеспечивает «плавный» вход электромагнитных волн и затухание падающего радиолокационного излучения за счет поглощающих стенок решетки.

В предлагаемом изобретении диэлектрической основой конструкции радиопоглощающей решетки служит полимерный композит (поликарбонат, углепластик, стеклопластик и т.п.), на поверхность которого нанесен радиопоглощающий материал.

В качестве поглотителя радиопоглощающего материала может использоваться, например, коллоидно-графитовый препарат с поверхностной плотностью ρ_г=3…6 мг/см². Применение такого вида электропроводящего наполнителя дает возможность регулировать значения коэффициента отражения в широком диапазоне длин волн путем варьирования концентрации поглотителя в исходной рецептуре и его удельного электрического сопротивления [см. Малешко А.И., Половников С.П. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты. - М.: Сайнс-пресс, 2007. - 192 с., Симамура. Углеродные волокна. М.: Мир, 1987. - 297 с.].

В качестве связующего радиопоглощающего состава может использоваться, например, акриловый лак с малым значение сухого остатка (6-9%), обладающий повышенной твердостью [см. URL: http://www.himtek-yar.ru/catalog/paints/ak_113.html, дата обращения: 18.01.2018 г.].

Для снижения инфракрасного излучения объектов, пустоты ячеек радиопоглощающей решетки заполнены теплоизоляционным материалом с низким значением теплопроводности.

В качестве теплоизоляционного материала может использоваться, например, пенополиуретан, обладающий коэффициентом теплопроводности 0,019-0,035 ВТ/м²К при толщине 50 мм и плотности 35-160 кг/м² [см. URL: http://www.ppu21.ru/article/12.html, дата обращения: 08.10.2017 г.].

В качестве материала с высокой отражающей способностью, для предотвращения прохождения собственного инфракрасного излучения от объектов наружу, может использоваться, например, алюминиевая фольга, которая отражает до 97% теплового излучения [см. URL: http://ingenerka.su/catalog/zashhitnye-pokrytiya/alyuminievaya-folga, дата обращения: 08.10.2017 г.], что значительно повышает эффективность используемого теплоизоляционного материала.

Измерения отражательных характеристик поглотителя электромагнитных волн в радиолокационном диапазоне длин волн проводились в соответствии с «Единой межотраслевой методикой измерения характеристик конструкционных материалов и покрытий, определяющих РЛ и оптическую заметность наземных объектов ВВТ видов Вооруженных Сил». Исследования проводились волноводным методом на установке, включающей панорамный измеритель КСВН и ослабления типа Р2-59, Р2-61, Р2-65, Р2-67.

На фигуре 1 представлена блок-схема лабораторной установки измерения радиолокационных характеристик лабораторных образцов устройства для защиты от электромагнитного излучения, где 1 - индикатор КСВН; 2 - генератор качающейся частоты; 3 - направленный ответвитель падающей волны; 4 - направленный ответвитель отраженной волны; 5 - рупорная антенна; 6 - исследуемый образец с отражательной пластиной.

Для получения частотных зависимостей отражательных характеристик лабораторных образцов устройства для защиты от электромагнитного излучения проводились измерения коэффициента отражения по мощности при нормальном падении электромагнитной волны длинной λ=1…5 см.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что наименьшим коэффициентом отражения К_отр обладают образцы устройства с конструктивными параметрами радиопоглощающей решетки, в которой линейные размеры ячейки удовлетворяют условию λ/4≤a, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны ЭМИ, и поверхностной плотностью поглотителя ρ_г:

на длине волны λ=1 см: a,b,=1 см, h=1 см, ρ_г=6 мг/см², К_отр=-16 дБ;

на длине волны λ=2 см: а,b,=2 см, h=2 см, ρ_г=4 мг/см², К_отр=-18 дБ;

на длине волны λ=3 см: a,b,=2 см, h=3 см, ρ_г=3…4 мг/см², К_отр=-16 дБ;

на длине волны λ=5 см: a,b,=4 см, h=4 см, ρ_г=3 мг/см², К_отр=-12 дБ.

Устройство для защиты от электромагнитного излучения работает следующим образом (фигура 2).

Электромагнитные волны радиолокационного диапазона, падающие из свободного пространства, поглощаются на элементах радиопоглощающей решетки 1. Снижение инфракрасной заметности объекта происходит за счет того, что теплоизоляционный материал 2 удерживает, а теплоотражающее покрытие 3 отражает собственное инфракрасное излучение испускаемое объектом.

Устройство для защиты от электромагнитного излучения может быть использовано при разработке средств маскировки для обеспечения скрытности объектов, вооружения и военной техники от аппаратуры наблюдения, систем обнаружения, распознавания и захвата цели, работающих в радиолокационном и инфракрасном диапазонах длин волн ЭМИ.

Устройство для защиты от электромагнитного излучения, содержащее конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполненные в виде диэлектрической решетки, образующей ячейки, отличающееся тем, что размеры ячеек решетки выбраны из условия λ/4≤a, b, h≤λ, где а - длина ячейки, b - ширина ячейки, h - высота ячейки, λ - длина волны электромагнитного излучения, ячейка решетки покрыта радиопоглощающим материалом в составе полимерного связующего и высокодисперсного графитового поглотителя с поверхностной плотностью ρ_г=3…6 мг/см², взятым в соотношении компонентов по сухому остатку 1:1, основание решетки покрыто теплоотражающим материалом, а ячейки заполнены теплоизоляционным материалом.