Радиопоглощающие материалы для облицовки БЭК

Номенклатура, радиотехнические характеристики, конструктив­ные особенности и технология изготовления зарубежных РПМ до­статочно подробно приведены в обзорных статьях [54], а методы их расчета в [55, 56].

Как уже было оказано, все РПМ по способу поглощения делят­ся на РПМ с электрическим и РПМ с магнитным поглощением. Среди электропоглощающих РПМ можно выделить три подгруп­пы: узкодиапазонные интерференционного типа, широкодиапазон­ные многослойные, широкодиапазонные шиповидные.

Радиопоглощающие материалы интерференционного типа пред­ставляют собой четвертьволновый поглощающий слой, нанесенный на металлический экран. Электромагнитная волна, проходя через четвертьволновый слой, отражается от металла и выходит на его поверхность со сдвигом фазы на 180° относительно волны, отра­женной непосредственно от поверхности РПМ. При интерференции волны взаимно гасят друг друга и отражение от материала незна­чительно. Однако при изменении длины волны или угла падения волны на материал сдвиг фаз волн, отраженных от двух поверхно­стей четвертьволнового слоя, будет отличаться от 180° и материал

начнет заметно отражать падающие волны. Толщина интерферен­ционного РПМ составляет l/4.

Для того чтобы радиопоглощающий материал поглощал элект­ромагнитные волны в широком диапазоне частот и углов падения волны и мало отражал, необходимо выполнить два противоречивых условия:

1. РПМ должен хорошо быть согласован со «свободным прост­ранством», с тем чтобы на границе материала отражение было ми­нимально и энергия падающей волны максимально проходила внутрь материала.

2. Энергия волны, прошедшей в материал, должна им погло­титься.

Существует несколько способов удовлетворения этих требова­ний [57], а именно, создание многослойных и шиловидных РПМ.

Многослойный РПМ содержит несколько слоев с различными электрическими потерями в каждом из них, причем потери по мере увеличения толщины материала возрастают. Технологической раз­новидностью такого материала является РПМ, у которого по тол­щине постепенно увеличивается содержание частиц, вызывающих электрические потери. Минимальная толщина широкодиапазонных многослойных РПМ составляет l/4.

Шиловидный РПМ (рис. 1.31) отличается тем, что его поверхность имеет форму ши­пов, пирамид или конусов, вершины которых направлены навстречу падающей электро­магнитной волне [3]. Разно­видно­стью этого материала явля­ется плоский радиопро­зрачный матери­ал, внутри ко­торого вмон­тированы шило­видные вставки или полос­ти с поглощающей структурой. Для уменьше­ния отражения от РПМ шипам придают специаль­ную, например экспоненциаль­ную, а их поверхности зубчатую форму [58]. Со времени разра­ботки шиловидных материалов, выполненных в виде четырехгран­ных пирамид [7], до настоя­щего времени их применяют для об­лицовки высококачествен­ных БЭК.

Радиопоглощающие материалы пирамидальной формы хоро­шо согласованы со «свободным пространством» и имеют высо­кие радиотехнические характеристики. У современных РПМ этого типа при толщине 1¸10 коэффициент отражения в об­ласти ко­ротких миллиметровых и сантиметровых волн состав­ляет -40¸ - 50 дБ [59]. Такая высокая эффективность ра­боты пирами­дальных РПМ в области коротких волн объясняется тем, что электромагнитная волна, упавшая на пирамиды, пре­терпевает многократное переотражение между стенками пирамид, прежде чем отразится в обратном направлении. Число переотражений тем больше, чем меньше угол при вершине пирамиды. Этот ма­териал имеет малый коэффициент отражения в широком диапа­зоне час­тот, однако с увеличением угла падения электромагнит­ной волны на такой материал коэффициент отражения начинает увеличи­ваться, что особенно заметно, если угол падения пре­вышает 50^о¸ 60°.

Минимальная толщина шиловидного РПМ составляет l/3.

Созданы пирамиды высотой до 4,6 м [59,60]. Следовательно, БЭК, покрытые таким РПМ, могут эффективно работать в области низких частот вплоть до 30 МГц.

Весьма перспективными являются ферритовые РПМ [61]. Они эффективно работают в широком диапазоне частот 10 МГц... 3 ГГц и имеют небольшую толщину 6,3 ¸ 12,7 мм. К их недостат­кам следует отнести большую массу и сравнительно большой ко­эффициент отражения 1 ¸ 7% по мощности. В последнее время ферритовые РПМ интенсивно разрабатываются в Японии [62, 63] и США [64, 65].

В заключение необходимо отметить следующее:

1. В настоящее время наибольшее распространение получили прямоугольные и рупорные БЭК [3]. Они достигают размеров 15,8×15,8×53,3 м³ и работают в диапазоне от 30 МГц до 100 ГГц

2. До настоящего времени мини-БЭК не нашли широкого рас­пространения, но учитывая потенциальные возможности этого ти­па безэховых камер, а также относительно малую стоимость, сле­дует ожидать в будущем более широкого их применения при из­мерениях элементов фазированных антенных решеток, облучате­лей и других типов антенн, при отработке которых необходимо обе­спечить массовое измерение таких параметров как КСВ, «элект­рическая длина» и др.

3. В последнее время на сантиметровых волнах нашли приме­нение установки, генерирующие импульсы наносекундной дли­тельности. Применяя такие установки, можно производить преци­зионные измерения в БЭК, покрытых низкокачественным РПМ или даже в помещениях, в том числе экранированных, без РПМ. Однако такие установки дороги, в измерительной технике не полу­чили еще широкого распространения.

4. Несмотря на большое многообразие форм БЭК и РПМ, можно выделить несколько принципов формообразования, исполь­зование которых приводит к наилучшим техническим решениям.

Принцип многократного отражения. Принцип состоит в выборе таких форм БЭК или РПМ, в которых происходит многократное отражение и поглощение падающих электромагнитных волн. В результате электромагнитные волны, отраженные от РПМ или по­павшие в безэховую зону БЭК, после многократных переотраже­ний имеют малые амплитуды, что обеспечивает малый коэффици­ент отражения РПМ (меньше -40 ¸ -50 дБ) или малый коэф­фициент безэховости БЭК (меньше -50 ¸ -60 дБ). Принцип лег­ко осуществляется, когда размеры БЭК или РПМ велики по срав­нению с длиной волны, но используется также и тогда, когда эти размеры соизмеримы или даже меньше длины волны. На этом принципе основана работа большого класса шиловидных, осо­бенно пирамидальных, РПМ, а также пирамидальных БЭК, ру­порных ловушек, БЭК с продольными гофрами и др.

Принцип «шепчущей галереи». Принцип состоит в выборе та­ких форм боковых стен БЭК, прижимаясь к которым распространяются многократно переотраженные волны, в результате чего в безэховую зону БЭК попадает лишь прямая волна. На этом прин­ципе основана работа некоторых БЭК с криволинейными поверх­ностями.

ТИПЫ БЕЗЭХОВЫХ КАМЕР