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 50о¸ 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