Радиопоглощающие материалы градиентного типа

Проблема разработки малоотражающего материала для без­эховых камер — это, по существу, проблема разработки переход­ного слоя с активными поте­рями, который при не­большой толщи­не осу­ществлял бы согласо­вание свободного про­странства с полупро­странством, где элек­тромагнитного поля нет (например, с областью, ограниченной идеальным эк­раном). Электродинамичес­кая задача распространения волн в переходном слое (рис. 4.2.), представляющем слоисто-неодно­родную пог­лощающую структуру, свой­ства которой плавно изме­няются от свободного прост­ранства до значений, обеспечиваю­щих полное отсутствие электро­магнитного поля, подробно рас­смотрена в ряде работ (например, [70, 71]).

Показано, что комплексный коэффициент отражения в слое удовлетворяет уравнению Рикатти

(4.1)

Здесь b = b(z) — масштаб фазовой длине в слое z. Для поляризации поля, пер­пендикулярной и параллельной плоскости падения

,

, (4.2)

где k_о=2p/l — постоянная распространения в свободном пространстве; n(z)— коэффициент преломления слоя z; q(z) — угол падения волны в слое z; c(z) — изменение фазового масштаба в слое z среды:

. (4.3)

Уравнение (4.1) с учетом граничных условий отсутствия поля и отражения при z®∞обычно заменяется эквивалентным интегральным уравнением

, (4.4)

где — фазовая длина.

Уравнение (4.4) в предположении медленного изменения параметров среды (c<<1) решается методом итераций.

Для n-гоприближения получена итерационная формула для определения коэффициента отражения:

(4.5)

При n =1 R₀ = 0.

Формула (4.5) может быть физически интерпретирована сле­дующим образом. Представим плоскослоистую среду с плавно изменяющимися вдоль z свойствами в виде совокупности большо­го числа очень тонких однородных слоев, свойства которых по­стоянны и меняются от слоя к слою. Тогда согласно (4.5) модуль суммарного коэффициента отражения от переходного слоя может быть представлен в виде векторной суммы парциальных отраже­ний от элементарных слоев.

Каждый из элементарных коэффициентов отражения опреде­ляется произведением мощности волны, прошедшей в z-слой (со­множитель [1—R²(z)]),и градиента изменения свойств между элементарными слоями grad b(z).

По существу, задача создания РПМ с малым уровнем отра­жений заключается в определении и реализации на практике оп­тимального закона изменения градиента масштаба фазовой дли­ны gradb(z) с учетом уменьшения комплексной амплитуды пада­ющей волны по мере углубления в поглощающую среду. При этом стараются минимизировать и толщину радиопоглощающего материала. Такие РПМ, у которых согласование со свободным пространством осуществляется за счет постепенного изменения свойств поглощающей среды, называются градиентными.

Обычно реальные поглощающие материалы градиентного типа выполнены в виде совокупности слоев с постоянными параметра­ми, аппроксимирующей требуемый закон изменения комплексно­го коэффициента преломления (рис. 4.3). Таковы, например, мате­риалы типа AN, CH, RM и др., разработанные фирмой «Эмерсон и КО» [59], BL-12, ВН-2, HP, H и др. [72].

Наличие границ раздела слоев приводит к некоторому прояв­лению в свойствах таких материалов интерференции отраженных от границ полей. Толщина слоев выбирается обычно так, чтобы на ответственных участках диапазона волн интерферирующие по­ля гасили друг друга.

Характеристики некоторых листовых поглотителей приведены в [82].

Поглотители типа AN на основе вспененных полиуретанов на средние значения плотностей потока мощности и температуры от­личаются гибкостью, малой массой и хорошими радиотехнически­ми характеристиками: коэффициент отражения не более —20 дБ при соотношении толщины материала и максимальной длины вол­ны 1/6 ... 1/5. Этот материал является хорошей основой для соз­дания пирамидальных материалов и обеспечивает при профили­ровании высокие безэховости камер.

Поглотители типа СН наиболее дешевые из всех поглотителей для БЭК. Они жесткой конструкции. При том же коэффициенте отражения, что и у AN, поглотители типа СН имеют худшее со­отношение толщины и максимальной длины волны (1/4 - 1/3).

Поглотитель типа RM единственный поглотитель, сочетающий гибкость с возможностью поглощения больших плотностей пото­ка мощности. Предназначен для работы при больших плотностях потока мощности и высоких температурах. Стоимость его доволь­но высока.

Поглотители типа НТ — керамические плиты, позволяющие поглотить еще большие потоки мощности. Для обеспечения со­гласования со свободным пространством они перфорированы. Последнее приближает свойства этого поглотителя в коротковол­новой части его рабочего диапазона к характеристикам поглоти­телей рассеивающего типа, которые будут рассмотрены ниже.

Коэффициент отражения от материалов градиентного типа во всем диапазоне волн не превышает —20 ¸ —17 дБ для РПМ средней стоимости.