Устройство для поглощения электромагнитных волн

Использование: для защиты от электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство выполнено в виде ячеистой основы, образованной скрепленными друг с другом шнурами 1, изготовленными из диэлектрического материала, на шнуры намотаны поглощающие элементы в виде спиралей, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции, длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1, 5 λ, где λ - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона электромагнитного воздействия. Технический результат: обеспечение возможности эффективного поглощения энергии падающей ЭМВ в широком рабочем диапазоне частот без ограничения его величины. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве защитного средства, предназначенного для скрытия расположенного под ним движущегося либо неподвижного объекта от систем наблюдения радиолокационного обнаружения и защиты биологических объектов от электромагнитного излучения.

Известен поглотитель электромагнитных волн (ЭМВ), содержащий слой диэлектрика толщиной, соизмеримой с четвертью величины падающей ЭМВ, на внешней поверхности диэлектрика размещены две взаимно перпендикулярные дипольные решетки, настроенные на волну 3,2 см, и две аналогичные решетки, настроенные на волну 1,6 см [«Радиотехнические системы в ракетной технике» М., Воениздат, 1974 г., с. 236-238, р. 6.14]. Работоспособность устройства при горизонтальных и вертикальных поляризациях обеспечивается двумя парами решеток диполей, что трудно обеспечить технологически.

Наиболее близким к изобретению является защитное покрытие интерференционного типа, предназначенное для уменьшения обратного радиолокационного отражения [RU 2037926, Н01Q 17/00, 1992 г.]. Устройство выполнено в виде гибкой электроизолирующей пленки с нанесенным на нее электропроводным слоем в виде сетки, состоящей из участков радионепрозрачной электропроводной пленки. Недостатком известного устройства является ограниченный рабочий частотный диапазон. Это объясняется тем, что наибольшая эффективность защиты (при которой коэффициент отражения практически равен нулю) достигается при наличии между металлической поверхностью защищаемого объекта и токопроводящей сеткой диэлектрического слоя, толщина которого соизмерима с длины падающей ЭМВ. При увеличении длины ЭМВ действие сетки, имеющей сопротивление 377 Ом, выходит из максимума электрического поля и коэффициент отражения соответственно увеличивается, следствием чего является резкое снижение эффективности защиты, поэтому подобные устройства используются только в коротковолновом диапазоне ЭМВ.

Техническим результатом, которого можно достичь при осуществлении изобретения, является расширение рабочего частотного диапазона защиты от электромагнитного воздействия при сохранении высокой эффективности защиты.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для поглощения электромагнитных волн, содержащем гибкую λ ячеистую основу из скрепленных друг с другом шнуров, изготовленных из диэлектрического материала, на шнуры намотаны поглощающие элементы в виде спиралей, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции, при этом длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1,5 λ, где λ - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона.

В проанализированных патентных источниках информации не обнаружено сведений о возможности обеспечения высокой эффективности защиты от электромагнитного воздействия в широком рабочем частотном диапазоне путем постоянного присутствия поглощающих элементов в максимуме магнитного поля, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям охраноспособности.

На чертеже представлена конструкция устройства.

Устройство выполнено в виде ячеистой основы, образованной скрепленными друг с другом шнурами 1, изготовленными из диэлектрического материала. На шнуры 1 намотаны поглощающие элементы в виде спиралей 2, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции. Длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1, 5 λ, где λ, - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона электромагнитного воздействия.

Шнуры, образующие ячеистую основу, могут быть скреплены друг с другом путем плетения либо с помощью точечной фиксации в узлах ячеек.

Шнуры могут быть изготовлены из натуральных либо синтетических нитей, например, лавсана.

Устройство работает следующим образом.

Защищаемый от электромагнитного воздействия объект размещают под съемным защитным покрытием. Электромагнитные волны, падающие из свободного пространства, попадают на поглощающие элементы покрытия, диффузно рассеиваясь во всем их объеме. При этом наряду с процессами поглощения электромагнитных волн, обусловленными магнитными и/или диэлектрическими потерями, будут иметь место процессы многократного отражения, сопровождающиеся поглощением их энергии. Из-за того, что поглощающие элементы (спирали 2 из ферромагнитных проводников) размещены на металлической поверхности объекта, они всегда находятся в максимуме магнитного поля. В спиралях, оси которых параллельны магнитной составляющей ЭМВ, возбуждаются токи. Из-за омических потерь в проводниках энергия падающих ЭМВ, переходя в тепло, поглощается. Причем этот процесс имеет место для всех длин волн. (Уфимцев П.Я. «Основы физической теории дифракции» - М: Бином. Лаборатория знаний, 2009 г.).

Направление навивок спиралей влияет только на поляризацию отраженной волны.

Длина витка спирали, зависящая от шага навивки и ее диаметра, определяется длиной падающей ЭМВ. Установлено, что наибольшая эффективность защиты достигается при длине каждого витка каждой из спиралей от 1 до 1,5λ, где λ - минимальная длина падающей ЭМВ. При смещении в сторону коротких или длинных волн оптимальная длина витка уменьшается либо увеличивается соответственно. Если длина витка меньше длины волны (при смещении в сторону коротких волн), то будет работать не весь виток и эффективность работы устройства будет ниже. Если длина витка больше 1,5 величины падающей ЭМВ (при смещении в сторону длинных волн), то устройство будет больше поглощать энергию падающей волны за счет наведения тока в спирали и, соответственно, омических потерь энергии.

Переход на новый частотный диапазон достигается изменением величины длины витка спирали.

Для уверенного обеспечения достаточного уровня эффективности защиты спиралевидную навивку можно осуществить в несколько слоев, отличающихся друг от друга длинами витков.

Навивка спиралей ферромагнитными проводами в стеклянной изоляции позволяет увеличить потери энергии падающей электромагнитной волны за счет наличия магнитных свойств в ферромагнитном микропроводе и, как следствие, повысить эффективность работы устройства.

Таким образом, благодаря размещению перпендикулярных друг другу ферромагнитных спиралей в магнитном поле максимальной величины (путем их установки непосредственно на металлической поверхности защищаемого объекта) при выполнении заданного соотношения между длиной падающей ЭМВ и конструктивными параметрами спиралей, обеспечивается стабильно высокий уровень эффективности поглощения энергии падающей ЭМВ в широком рабочем диапазоне частот без ограничения длины рабочего диапазона устройства.

Высокая эффективность защиты в широком рабочем частотном диапазоне электромагнитного воздействия делают данное покрытие наиболее предпочтительным при решении проблем защиты различного вида объектов от систем наблюдения радиолокационного обнаружения и защиты биологических объектов от электромагнитного излучения.

Устройство для поглощения электромагнитных волн, содержащее гибкую ячеистую основу из скрепленных друг с другом шнуров, изготовленных из диэлектрического материала, отличающееся тем, что на шнуры намотаны поглощающие элементы в виде спиралей, выполненных из ферромагнитных микропроводов в стеклянной изоляции, при этом длина каждого витка каждой из спиралей составляет от 1 до 1,5 λ, где λ - минимальная длина падающей электромагнитной волны рабочего частотного диапазона.