Радиопоглощающие материалы (РПМ) применяются в тех случаях, когда для защиты технических средств или биологических объектов необходимо обеспечить отсутствие отраженной электромагнитной волны от его поверхности. РПМ, в основном, изготавливаются в виде магнитодиэлектрических структур. В качестве магнитных наполнителей, обеспечивающих большие магнитные потери в материале, в настоящее время используются ферриты различного состава (Mn-Zn, Ni‑Cu-Zn, Li‑Cd и т.д.), карбонильное железо, композиции с мелкодисперсным железом. Характеристики некоторых РПМ представлены в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики РПМ, выпускаемых в России.
Материал | Тип, марка | Диапазон длин волн, см | Коэффициент отражения, -дБ | Толщина, мм | Масса 1м2, кг |
Резиновые коврики | В2Ф-2 | 0,8-4 | 15 – 20 | 19 – 30 | 4 – 5 |
Магнитодиэлектрические пластины | ХВ-0,8 | 0,8 | 15 – 20 | 1 – 3 | 3 – 10 |
Поглощающие покрытия на основе поролона | «Болото» | 0,8-100 | 15 – 20 | — | — |
Ферритовые пластины | СВЧ-0,68 | 15-200 | 14 – 15 | 4 – 20 | 20 – 70 |
Основным требованием, предъявляемым к РПМ, является сочетание высоких магнитных и диэлектрических свойств. Это связано с тем, что при рассмотрении задачи отражения электромагнитной волны от материала коэффициент отражения (Котр) вычисляется по следующей формуле [[i]]:
|
|
, (1)
где w – волновое сопротивление материала. Если материал обладает конечной толщиной, то волновое сопротивление вычисляется следующим образом [[ii]]:
, (2)
где e = e’ - ie” — диэлектрическая проницаемость материала;
m = m’ - im” — магнитная проницаемость материала;
d — толщина материала;
l — длина волны электромагнитного излучения.
Таким образом, для того, чтобы обеспечить отсутствие отраженной электромагнитной волны необходимо обеспечить равенство w = 1. Анализ формулы (2) показывает, что это равенство может быть выполнено только в случае, если действительные части диэлектрической и магнитной проницаемости материала равны (e’ = m’). При этом мнимые диэлектрическая и магнитная проницаемости определяют потери электромагнитной энергии в толще материала и их большие значения указывают на бóльшие потери при одной и той же толщине материала. Необходимо также отметить, что волновое сопротивление (w) композиционного материала в общем случае является комплексным числом и представляет собой осциллирующую функцию в зависимости от толщины материала (рис. 2). Видно, что при изменении толщины материала может возникнуть ситуация, когда w > 1. Следовательно, задачу создания «неотражающего» покрытия можно решить и в случае e’ ≠ m’, так как практически всегда можно подобрать толщину материала для обеспечения w = 1.
|
|
Рис. 2. Зависимость волнового сопротивления композиционного материала от его толщины для фиксированной частоты электромагнитного поля.
Таким образом, задача построения РПМ покрытия сводится, во-первых, к исследованию радиофизических свойств композиционных материалов и, во-вторых, к построению зависимостей коэффициентов отражения от толщины материала. При изготовлении РПМ материалов перспективно применение магнитных материалов.
Создание РПМ материалов наиболее перспективно в виде магнитных эластомеров [[iii]]. Этот класс материалов за последние двадцать лет получил наиболее широкое распространение. Имеется широкое внедрение в технику полимерных магнитов и магнитопроводов на основе каучуков и жидких каучуков, термопластов и термоэластопластов. Для многих исследователей представляют интерес эластомеры не только из порошков магнитомягких и магнитотвердых ферритов, но и редкоземельных сплавов, аморфных и нанокристаллических магнитных материалов, сегнетомагнетиков, а также полимерных жидких кристаллов. Это связано, в первую очередь, с тем, что в магнитных эластомерах на основе ферритов получены высокие магнитные свойства и имеется реальная перспектива улучшить эти свойства за счет применения новых магнитных материалов. Простота организации их производства с относительно малыми капитальными затратами делают этот вид магнитных материалов весьма привлекательным.