Объемная радиопоглощающая структура

 

Изобретение относится к объемным радиопоглощающим структурам, используемым для облицовки безэховых камер с целью уменьшения отражения от стен и обеспечения в некотором объеме камеры - безэховой зоне - заданного малого уровня отражений, в частности к радиопоглощающим структурам широкодиапазонного типа. Использование предлагаемого изобретения позволит получить объемную радиопоглощающую структуру, работающую в широком диапазоне длин волн с низким уровнем коэффициента отражения (-60 дБ и менее) за счет создания ее из однотипных трубчатых элементов с низким объемным содержанием поглощающего материала, приходящегося на единицу объема фронтальной поверхности, и неоднородной задней частью (поверхностью). Сущность изобретения заключается в том, что в объемной радиопоглощающей структуре, содержащей трубчатые элементы одинаковой и/или разной длины, выполненные из тонкослойного резистивного материала и собранные произвольно параллельно их осям, фронтальные части стенок трубчатых элементов, обращенные к падающей волне, имеют скос под углом 10-30 градусов к оси элемента, а противоположные задние части стенок трубчатых элементов сомкнуты, причем элементы расположены в структуре плотно без зазоров так, что вершины скосов фронтальных частей элементов и сомкнутые задние части элементов не образуют регулярную структуру. 5 з.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к объемным радиопоглощающим структурам, используемым для облицовки безэховых камер с целью уменьшения отражения от стен и обеспечения в некотором объеме камеры - безэховой зоне - заданного малого уровня отражений, в частности к радиопоглощающим структурам широкодиапазонного типа.

Известны объемные радиопоглощающие структуры, выполненные в виде размещенных на несущей поверхности шипов, пирамид или конусов, вершины которых направлены навстречу падающей электромагнитной волне (1).

Эти материалы хорошо согласованы со "свободным пространством", электромагнитная волна, падающая на пирамиды, претерпевает многократное переотражение между стенками пирамид, прежде чем отразится в обратном направлении. Число переотражений тем больше, чем меньше угол при вершине пирамиды. Эта структура имеет малый коэффициент отражения в широком диапазоне частот, однако изготовление этой структуры очень сложный и трудоемкий процесс, связанный с получением пористого органического материала (пенополиуретана), пропитанного сажей с заданной объемной концентрацией.

Известна объемная радиопоглощающая структура, выполненная из ряда трубчатых элементов, ориентированных параллельно направлению распространения падающего излучения и состоящих из полиэфирного, эпоксидного или другого стеклопластика (2). Элементы расположены друг от друга на некотором расстоянии, меньшим 1/5 максимальной длины волны поглощающего излучения. Пространство между элементами заполнено пенополиуретаном. На внешнюю поверхность этих элементов наносят электропроводящее покрытие, в результате чего поверхностное сопротивление будет уменьшаться в направлении распространения электромагнитного излучения. Такой поглотитель обеспечивает ослабление сигнала 30 дБ и более в широком диапазоне длин волн. Элементы изготовлены методом намотки или прессования в прессформе. Структура обладает хорошей механической прочностью.

Наиболее близкой к заявляемой является объемная радиопоглощающая структура (3), содержащая набор трубчатых элементов, собранных параллельно их оси в наружной раме. Они могут быть одинаковой или различной высоты и/или диаметра и собраны в произвольном порядке в ячейки, образованные продольными пересекающимися элементами. Трубчатые элементы изготавливают из резистивного поглощающего материала включенного в материал трубок и/или нанесенного на него, например из картона, покрытого резистивным поглощающим материалом с изменяющимся электрическим импедансом в направлении, перпендикулярном к покрывающей поверхности. Поглощающий материал, например проводящую краску, наносят методом печати на непрерывный лист для получения необходимого образца, затем лист отрезают на необходимую длину и из него делают трубчатые элементы. Устройство может иметь очень сложный закон изменения импеданса путем соответственного расположения поглощающего материала на каждой поверхности, например, импеданс может меняться по экспоненциальному закону по глубине устройства, резко меняться в направлении от задней кромки устройства, постепенно меняться вблизи фронтальной поверхности и резко - вблизи задней.

Кроме того по (3) элементы, из которых состоит объемная радиопоглощающая структура, могут быть выполнены из трубок, внутри которых коаксиально расположена другая трубка меньшего диаметра.

В соответствии с (3) возможно изготовить объемную радиопоглощающую структуру, обладающую прочностью, легким весом, возможностью плотной упаковки и удобной доставки на место сборки.

Однако радиопоглощающая структура по (2) и (3), состоящая из указанных элементов без скосов, не позволяет получить низкий уровень коэффициента отраженная из-за недостаточного согласования объемной поглощающей структуры со свободным пространством, что ограничивает ослабление сигнала.

Предлагаемое изобретение расширяет арсенал радиопоглощающих объемных структур широкодиапазонного типа для безэховых камер.

Использование предлагаемого изобретения позволит получить объемную радиопоглощающую структуру, работающую в широком диапазоне длин волн с низким уровнем коэффициента отражения (-60 дБ и менее) за счет создания ее из однотипных трубчатых элементов с низким объемным содержанием поглощающего материала, приходящегося на единицу объема фронтальной поверхности, и неоднородной задней частью (поверхностью).

Кроме того, предлагаемая структура, также как и в (3),имеет низкие весовые характеристики (вес одного блока размером 1000х1000х1000 мм составляет не более 5 кг), что немаловажно при монтаже безэховых камер, технологична и экономична, поскольку изготовление трубчатых элементов может производиться непосредственно на месте их применения, что не требует дорогостоящих перевозок радиопоглощающего материала, имеющего большой объем.

Сущность изобретения заключается в том, что в объемной радиопоглощающей структуре, содержащей трубчатые элементы одинаковой и/или разной длины, выполненных из тонкослойного резистивного материала и собранных произвольно параллельно их осям, фронтальные части стенок трубчатых элементов, обращенные в падающей волне, имеют скос под углом 10 - 30 градусов к оси элементов, а противоположные задние части стенок трубчатых элементов сомкнуты, причем элементы расположены в структуре плотно без зазоров, так что вершины скосов фронтальных частей элементов и сомкнутые задние части элементов не образуют регулярную структуру.

Кроме того, структура может быть выполнена с профилированным скосом, имеющим зигзагообразную форму, с по крайней мере двумя зубцами.

Кроме того, структура может быть выполнена с профилированным скосом, имеющим экспоненциальную форму.

Кроме того, в структуре сомкнутые части стенок трубчатых элементов могут образовывать рельефную торцевую поверхность.

Кроме того, в структуре сомкнутые части стенок трубчатых элементов могут образовывать клин.

Чем меньше угол скоса при вершине трубчатого элемента, тем меньше коэффициент отражения падающего излучения, однако при угле скоса менее 10 градусов уменьшается механическая прочность вершины скоса элемента. Выбор угла скоса при вершине элемента более 30 градусов приведет к увеличению коэффициента отражения.

Форма профилированного скоса выбирается в каждом конкретном случае такой, чтобы обеспечить наилучшее согласование трубчатых элементов со свободным пространством, причем часть элемента между вершиной скоса и его концом является согласующим слоем. В случае выполнения зигзагообразного профилированного скоса с несколькими зубцами общий коэффициент отражения снижается за счет интерференции отраженных от этих зубцов волн. В случае экспоненциального профиля скоса достигается снижение толщины согласующего слоя (длина слоев уменьшается) из-за соответствующего плавного изменения объемной концентрации проводящего материала.

Смыкание стенки трубчатого в задней его части и формирование рельефной поверхности или клина приводит к диффузному рассеиванию падающей электромагнитной волны внутри объемной структуры.

Выполнение структуры из скошенных трубчатых элементов одинаковой и/или разной длины и/или смещенных друг относительно друга по высоте также приводит к снижению коэффициента отражения.

Таким образом, выполнение полых элементов из резистивного материала и трех последовательно расположенных частей - скошенной, трубчатой и сомкнутой с образованием неровной поверхности в торцевой части трубки - позволяет за счет многократного переотражения и диффузного рассеивания переводить в стенках безэховых падающее электромагнитное излучение в тепловую энергию с низким коэффициентом отражения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен трубчатый элемент с сомкнутой задней частью в виде клина, на фиг. 2 изображен трубчатый элемент со скосом зигзагообразной формы с двумя зубцами и сомкнутой частью, образующую рельефную заднюю поверхность, на фиг. 3 изображен трубчатый элемент со скосом, имеющим экспоненциальную форму, на фиг. 4 изображен вид структуры в изометрии.

Объемная радиопоглощающая структура состоит из набора трубчатых элементов, собранных параллельно их оси плотно без зазоров. Трубчатые элементы выполнены из тонкослойного резистивного материала. Стенки 1 фронтальной части трубчатых элементов, обращенные к падающей волне, имеют скос 2 под углом 10 - 30 градусов к оси элемента, а задние части 3 стенки 1 трубчатых элементов сомкнуты, образуя неровную поверхность в торце элементов, например рельефную в форме клина. Выполненные таким образом элементы могут собираться в различные блоки - прямоугольного треугольного, круглого и т.п. сечений, гирлянды, полосы и т. п. структуры, причем трубчатые элементы могут иметь одинаковую и/или разную длину и размещаться в блоках как на одинаковом уровне по высоте, так и со смещением трубчатых элементов по высоте друг относительно друга. Кроме того, элементы в структуре собраны произвольно, таким образом, что вершины скосов и сомкнутые задние части трубок не образуют регулярную структуру.

Скос фронтальной части трубчатого элемента может быть выполнен профилированным, например экспоненциальной или зигзагообразной формы с по крайней мере двумя зубцами с острыми углами при вершине При попадании электромагнитного излучения на объемную радиопоглащающую структуру в резистивных стенках 1 трубчатых элементов наводятся токи и падающая электромагнитная энергия превращается в тепловую энергию. Одновременно с поглощением энергии происходит переотражение и диффузное рассеяние в трубчатой части элемента и произвольно расположенных скошенных 2 и сомкнутых 3 частях элементов, которое усиливает взаимодействие волны с поглотителем.

Трубчатые элементы для объемной радиопоглощающей структуры изготавливают из тонкослойного (от 50 до 150 мкм) листового негорючего резистивного материала, например из бумаги, пропитанной сажей. Профилированный скос выполняют методом вырубки. Смыкание и формирование рельефной поверхности или клина в задней торцевой части 3 элемента осуществляют путем склеивания, сшивания или зажима задней части трубки.

Изобретение продемонстрировано на примерах (см. таблицу) изготовления объемной радиопоглощающей структуры, состоящей из блоков, набранных из одинаковых по высоте элементов длиной 1000 мм с одинаковыми углами скосов 2 при вершине и сомкнутыми задними частями 3 элементов с образованием рельефной поверхности. Элементы изготовлены из бумаги, пропитанной сажей, и расположены в блоке произвольно без образования на фронтальной и задней поверхностях блоков регулярной структуры.

Как видно из таблицы, полученная структура может работать в широком диапазоне длин волн с низким коэффициентом отражения, что делает возможным применением ее для облицовки безэховых камер.

Источники информации, принятые во внимание: 1. М. Ю. Мицмахер и В. А. Торгованов "Безэховые камеры СВЧ", Москва, "Радио и связь", 1982 г., стр. 22.

2. "Зарубежная электроника", 1972 г., N 7, обзор Я.А. Шнейдермана "Новые радиопоглощающие материалы", стр. 126.

3. "Устройство для поглощения энергии", РСТ. заявка N 96/00992, МКИ: H 01 Q 17/00.

Формула изобретения

1. Объемная радиопоглощающая структура, содержащая трубчатые элементы одинаковой и/или разной длины, выполненные из тонкослойного резистивного материала и собранные произвольно параллельно их осям, отличающаяся тем, что фронтальные части стенок элементов, обращенные к падающей волне, имеют скос под углом 10 - 30 градусов к оси элемента, а противоположные задние части стенок элементов сомкнуты, причем трубчатые части элементов расположены в структуре плотно без зазоров так, что вершины скосов фронтальных частей элементов и сомкнутые задние части элементов не образуют регулярную структуру.

2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что скос выполнен профилированным.

3. Структура по п.2, отличающаяся тем, что профилированный скос имеет зигзагообразную форму с по крайней мере двумя зубцами.

4. Структура по п.2, отличающаяся тем, что профилированный скос имеет экспоненциальную форму.

5. Структура по п.1, отличающаяся тем, что сомкнутые части стенок элементов образуют рельефную торцевую поверхность.

6. Структура по п.1, отличающаяся тем, что сомкнутые части стенок элементов образуют клин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5