RU2566338C2 - Electromagnetic emission protection device - Google Patents
Electromagnetic emission protection device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566338C2 RU2566338C2 RU2014103846/08A RU2014103846A RU2566338C2 RU 2566338 C2 RU2566338 C2 RU 2566338C2 RU 2014103846/08 A RU2014103846/08 A RU 2014103846/08A RU 2014103846 A RU2014103846 A RU 2014103846A RU 2566338 C2 RU2566338 C2 RU 2566338C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thickness
- dielectric
- protection against
- electromagnetic radiation
- carbon
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 9
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 21
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002966 varnish Substances 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 11
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920004934 Dacron® Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к устройствам для защиты от электромагнитного излучения (далее ЭМИ), и может быть использовано для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, биологической защиты от влияния радиоизлучений, создаваемых различными научными и бытовыми приборами, для внутренней облицовки безэховых камер. Основные требования к устройствам для защиты от ЭМИ - это низкий коэффициент отражения электромагнитных волн, высокий коэффициент поглощения, как можно более широкий рабочий диапазон длин волн, независимость характеристик от поляризации падающей волны, малый вес, простота конструктивно-технологической реализации.The invention relates to electronic equipment, and more particularly to devices for protection against electromagnetic radiation (hereinafter EMR), and can be used to ensure electromagnetic compatibility of electronic devices, biological protection from the effects of radio emissions generated by various scientific and household devices, for the inner lining of anechoic chambers . The main requirements for devices for protection against EMP are a low reflection coefficient of electromagnetic waves, a high absorption coefficient, the widest possible operating range of wavelengths, the independence of the characteristics from the polarization of the incident wave, low weight, and simplicity of design and technological implementation.
Известен поглотитель электромагнитных волн (патент РФ №2383089, МПК8 H01Q 17/00, опубл. 27.02.2010), выполненный в виде диэлектрического слоя заданного размера - связующего и наполнителя, распределенного в объеме связующего. При этом наполнитель содержит множество дискретных электропроводящих резонансных элементов. Электропроводящие резонансные элементы выполнены в виде спиралей и/или меандров и распределены в объеме связующего равномерно, при этом они дополнительно распределены и по их длине.A known absorber of electromagnetic waves (RF patent No. 2383089, IPC 8 H01Q 17/00, publ. 02.27.2010), made in the form of a dielectric layer of a given size - a binder and a filler distributed in the volume of the binder. In this case, the filler contains many discrete conductive resonant elements. Electrically conductive resonant elements are made in the form of spirals and / or meanders and are evenly distributed in the volume of the binder, while they are additionally distributed along their length.
Достоинство данного поглотителя состоит в достижении коэффициентом отражения уровня -10 дБ в широком диапазоне частот за счет введения в качестве наполнителя электропроводящих резонансных элементов различной конфигурации, распределении их в объеме по длинам в соответствии с длинами волн.The advantage of this absorber is that it reaches a reflection coefficient of -10 dB in a wide frequency range due to the introduction of electrically conductive resonant elements of various configurations as a filler, their distribution in the volume along the lengths in accordance with wavelengths.
Недостатками данного поглотителя являются:The disadvantages of this absorber are:
- высокие значения характеристик отражения на частотах ниже 5 ГГц;- high values of reflection characteristics at frequencies below 5 GHz;
- зависимость характеристик отражения от поляризации падающей волны;- the dependence of the reflection characteristics on the polarization of the incident wave;
- сложная конструкция поглотителя, необходимость предварительного изготовления электропроводящих резонансных элементов, распределение их по длинам, наличие дополнительных материалов наполнителя делают процесс создания материала весьма сложным;- the complex design of the absorber, the need for preliminary manufacture of electrically conductive resonant elements, their distribution along the lengths, the presence of additional filler materials make the process of creating a material very difficult;
- материал имеет значительные массогабаритные характеристики, обусловленные наличием резонансных элементов, длина которых связана с длиной волны, и ферритового материала, имеющего значительную удельную плотность.- the material has significant weight and size characteristics due to the presence of resonant elements, the length of which is associated with the wavelength, and ferrite material having a significant specific gravity.
Общим для аналога и заявляемого устройства является использование электропроводящих структур, распределенных в объеме покрытия, и диэлектрического ограничителя толщины поглотителя заданного размера.Common to the analogue and the claimed device is the use of electrically conductive structures distributed in the coating volume, and a dielectric limiter of the thickness of the absorber of a given size.
Известно радиопоглощающее покрытие (патент РФ №2370866, МПК H01Q 17/00, опубл. 20.10. 2009), которое содержит основу из двух или более слоев переплетенных рядов нитей, скрепленных радиопрозрачным материалом, с нанесенной на каждый слой вакуумным распылением пленкой из гидрогенизированного углерода с вкрапленными в него частицами ферромагнитного материала. Направление переплетенных рядов нитей одного слоя тканого материала составляет с направлением переплетенных рядов нитей смежного слоя угол 60-120°. Содержание частиц ферромагнитного материала составляет от 5 мас.% в пленке, нанесенной на наружный слой переплетенных рядов нитей, до 85 мас.% в пленке, нанесенной на слой переплетенных рядов нитей, прилегающий к защищаемой поверхности.A radar absorbing coating is known (RF patent No. 2370866, IPC H01Q 17/00, publ. 20.10. 2009), which contains a base of two or more layers of interwoven rows of threads bonded with a radio-transparent material, with a film of hydrogenated carbon coated on each layer by vacuum spraying with particles of ferromagnetic material embedded in it. The direction of the interwoven rows of threads of one layer of woven material makes an angle of 60-120 ° with the direction of the interwoven rows of threads of an adjacent layer. The content of particles of ferromagnetic material ranges from 5 wt.% In the film deposited on the outer layer of interwoven rows of threads, up to 85 wt.% In the film deposited on the layer of interwoven rows of threads adjacent to the surface to be protected.
Недостатком поглотителя является повышенный коэффициент отражения (более -10 дБ) на частотах ниже 5 ГГц, трудоемкость изготовления, т.к. переплетенные нити подразумевают создание тканого материала с разными углами переплетения в разных слоях, необходимость напыления разнородных материалов на разные слои усложняет и удорожает процесс изготовления материала и увеличивает его вес.The disadvantage of the absorber is the increased reflection coefficient (more than -10 dB) at frequencies below 5 GHz, the complexity of manufacturing, because interwoven yarns imply the creation of a woven material with different weaving angles in different layers, the need to spray dissimilar materials on different layers complicates and increases the cost of the material manufacturing process and increases its weight.
Общим для данного аналога и заявляемого устройства является использование углеродосодержащих поглощающих материалов, скрепленных радиопрозрачным материалом.Common to this analogue and the claimed device is the use of carbon-containing absorbing materials bonded with radiolucent material.
Известен радиопоглощающий материал для поглощения СВЧ-излучения (патент США №5661484, МПК7 H01Q 17/00, 1996), содержащий: электропроводные немагнитные прямолинейные волокна двух типов, длина, диаметр и объем волокон первого типа подобраны для получения первой диэлектрической проницаемости, электропроводные немагнитные прямолинейные волокна второго типа, длина, диаметр и объем которых подобраны для получения второй диэлектрической проницаемости, и диэлектрическое связующее вещество с относительно низкими диэлектрическими потерями для связывания волокон первого и второго типов в единый материал таким образом, что волокна первого и второго типов произвольно ориентированы и равномерно распределены в объеме связующего вещества в одном слое. Такой поглощающий материал имеет комплексную диэлектрическую проницаемость, что позволяет материалу поглощать ЭМИ в широком диапазоне. Волокна первого типа выполняются из графита марки Т300 или AS-4 с малым диаметром и обладают относительно высоким электрическим сопротивлением. Волокна второго типа изготовлены из металлов - нержавеющей стали, Ni, Cu - и покрыты графитом. В качестве диэлектрического материала используют резину или полимеры.Known radar absorbing material for the absorption of microwave radiation (US patent No. 5661484, IPC 7 H01Q 17/00, 1996), comprising: conductive non-magnetic straight fibers of two types, length, diameter and volume of the fibers of the first type are selected to obtain the first dielectric constant, conductive non-magnetic straight fibers of the second type, the length, diameter and volume of which are selected to obtain a second dielectric constant, and a dielectric binder with relatively low dielectric loss for bonding fibers of the first and second types into a single material so that the fibers of the first and second types are randomly oriented and evenly distributed in the volume of the binder in one layer. Such an absorbing material has a complex dielectric constant, which allows the material to absorb EMR in a wide range. The fibers of the first type are made of graphite grade T300 or AS-4 with a small diameter and have a relatively high electrical resistance. The fibers of the second type are made of metals - stainless steel, Ni, Cu - and are coated with graphite. As the dielectric material, rubber or polymers are used.
Недостатком материала является сложность технологии его получения и высокая стоимость.The disadvantage of the material is the complexity of the technology for its production and high cost.
Общим для указанного аналога и заявляемого устройства является использование электропроводного углеродосодержащего поглощающего волокнистого материала, распределенного в их составе, и применение диэлектрического ограничителя толщины.Common to the specified analogue and the claimed device is the use of an electrically conductive carbon-containing absorbent fibrous material distributed in their composition, and the use of a dielectric thickness limiter.
Известно радиопоглощающее покрытие (патент РФ №2215346,МПК6 H01Q 17/00, опубл. 27.10.2003), выполненное в виде ряда валиков, размещенных плотно друг к другу на защищаемой поверхности. Каждый валик представляет собой помещенный в тканевую диэлектрическую оболочку и свернутый в рулон поглощающий материал из углеродсодержащих спутанных нитей. Внутри рулона может быть размещена спиральная пружина из диэлектрического материала. Поглощающий материал может быть выполнен из нитей на синтетической основе с углеродным покрытием длиной 15-30 см; диаметр валиков составляет 20-50 мм, диаметр спиральной пружины 10-25 мм; масса нитей на погонный метр каждого рулона составляет 10-15 г.Known radar absorbing coating (RF patent No. 2215346, IPC 6 H01Q 17/00, publ. 10/27/2003), made in the form of a series of rollers placed tightly to each other on the protected surface. Each roller is an absorbent material made of carbon-containing tangled fibers placed in a fabric dielectric sheath and rolled into a roll. A coil spring of dielectric material can be placed inside the roll. The absorbent material can be made of synthetic-based yarns with a carbon coating of 15-30 cm in length; the diameter of the rollers is 20-50 mm, the diameter of the coil spring is 10-25 mm; the mass of threads per linear meter of each roll is 10-15 g.
Достоинством покрытия является низкий коэффициент отражения на уровне -10÷-13дБ в диапазоне частот 8÷12 ГГц (при -25 дБ на частоте 10 ГГц). Другим достоинством покрытия является незначительный вес погонного метра материала. Это покрытие является наиболее близким к заявляемому устройству и взято за прототип.The advantage of the coating is a low reflection coefficient at the level of -10 ÷ -13dB in the frequency range of 8 ÷ 12 GHz (at -25 dB at a frequency of 10 GHz). Another advantage of the coating is the low weight per meter of material. This coating is the closest to the claimed device and is taken as a prototype.
К недостаткам покрытия относятся незначительная ширина рабочей полосы частот (8÷12 ГГц) и неравномерность отражения (ярко выраженный минимум на 10 ГГц), что объясняется наличием системы параллельных валиков, заполненных проводящими углеволокнистыми нитями, создающими упорядоченную структуру поглощающих элементов. В указанной структуре превалирует интерференционное поглощение, характеризующееся зависимостью максимального поглощения от расстояния до защищаемой поверхности (близкому к λ/4) и размеров валиков. Система параллельных валиков также вызывает зависимость коэффициента отражения от поляризации падающей волны. К сожалению, размерность и величина приведенного в описании прототипа удельного сопротивления нитей не позволяют сделать заключение о реальном механизме поглощения РПП.The disadvantages of the coating include the insignificant width of the working frequency band (8-12 GHz) and the uneven reflection (a pronounced minimum of 10 GHz), which is explained by the presence of a system of parallel rollers filled with conductive carbon fiber threads, creating an ordered structure of absorbing elements. In this structure, interference absorption prevails, characterized by the dependence of the maximum absorption on the distance to the surface to be protected (close to λ / 4) and the size of the rollers. The system of parallel rollers also causes the dependence of the reflection coefficient on the polarization of the incident wave. Unfortunately, the dimension and magnitude of the specific resistivity of the threads given in the description of the prototype do not allow to draw a conclusion about the real mechanism of absorption of RPP.
Общим для заявляемого устройства для защиты от ЭМИ и прототипа является использование углеродосодержащего поглощающего материала, ограниченного радиопрозрачными конструктивными элементами.Common to the claimed device for protection against EMP and the prototype is the use of carbon-containing absorbing material limited by radiolucent structural elements.
Технической задачей, положенной в основу изобретения, является создание устройства для защиты от электромагнитного излучения, которое может быть использовано при изготовлении экранов и панелей, поглощающих электромагнитные волны в широком диапазоне СВЧ-излучения, снижения величины коэффициента отражения энергии ЭМИ и соответственно повышения коэффициента поглощения при независимости характеристик отражения от типа поляризации падающей волны. Дополнительной технической задачей, решаемой при создании устройства для защиты от ЭМИ, является обеспечение требования оптической прозрачности устройства в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Это позволяет использовать заявляемое устройство для электромагнитной защиты электронных сенсоров видимого и ИК диапазонов (фотоаппаратуры, тепловизоров и т.д.) и экранирования электромагнитного излучения дисплеев без потери возможности наблюдения отображаемой на них информации. Конструктивно-технологическими особенностями устройства является малая масса, простота изготовления, отсутствие сложных технологических процессов, отсутствие дефицитных материалов.The technical task underlying the invention is the creation of a device for protection against electromagnetic radiation, which can be used in the manufacture of screens and panels that absorb electromagnetic waves in a wide range of microwave radiation, reduce the magnitude of the energy reflection coefficient of electromagnetic radiation and, accordingly, increase the absorption coefficient for independence characteristics of reflection from the type of polarization of the incident wave. An additional technical problem to be solved when creating a device for protection against electromagnetic radiation is to provide the optical transparency requirements of the device in the visible and infrared wavelength ranges. This allows you to use the inventive device for electromagnetic protection of electronic sensors in the visible and infrared ranges (cameras, thermal imagers, etc.) and shielding the electromagnetic radiation of displays without losing the ability to observe the information displayed on them. Structural and technological features of the device are low weight, ease of manufacture, lack of complex technological processes, lack of scarce materials.
Технический результат достигается предложенным устройством для защиты от ЭМИ, включающим углеродосодержащий поглощающий материал и конструктивные элементы из радиопрозрачного материала, ограничивающие толщину устройства, в котором поглощающий материал выполнен в виде хаотично спутанных углеграфитовых филаментов диаметром 4÷8 мкм с удельным сопротивлением 10-4÷10-6 Ом×м, при этом плотность поглощающего материала в устройстве составляет 0,0001÷0,0009 г/см3, а толщина устройства находится в пределах 10÷30 мм.The technical result is achieved by the proposed device for protection against electromagnetic radiation, including carbon-containing absorbing material and structural elements of radiolucent material, limiting the thickness of the device, in which the absorbing material is made in the form of chaotically tangled carbon-graphite filaments with a diameter of 4 ÷ 8 μm with a specific resistance of 10 -4 ÷ 10 - 6 Ohm × m, while the density of the absorbing material in the device is 0.0001 ÷ 0.0009 g / cm 3 and the thickness of the device is within 10 ÷ 30 mm.
В частном варианте выполнения изобретения конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполнены в виде диэлектрических сеток шагом 5÷15 мм и вклеенных между ними диэлектрических прокладок с шагом размещения 10÷15 см, а положение филаментов дополнительно зафиксировано напылением полиимидного или кремнийорганического лака.In a particular embodiment of the invention, structural elements limiting the thickness of the device are made in the form of dielectric grids with a pitch of 5-15 mm and glued between them dielectric spacers with a pitch of 10-15 cm, and the position of the filaments is additionally fixed by spraying polyimide or organosilicon varnish.
В другом частном варианте при ограничении толщины устройства диэлектрическими сетками для реализации возможности пропускания видимого и ИК излучения плотность поглощающего материала составляет 0,00015÷0,0003 г/см3.In another particular embodiment, when limiting the thickness of the device with dielectric grids to realize the possibility of transmitting visible and IR radiation, the density of the absorbing material is 0.00015 ÷ 0.0003 g / cm 3 .
В частном варианте выполнения изобретения конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполнены в виде диэлектрических пластин толщиной 1÷2 мм из материала с малыми потерями, например полиэтилена, при этом одна из пластин содержит штыри диаметром 1÷3 мм, определяющие толщину слоя, а другая пластина содержит ответные штырям отверстия с возможностью фиксации штырей в отверстиях. Это целесообразно в случае необходимости придания поглощающим экранам жесткости при многократном монтаже на экранируемые поверхности.In a particular embodiment of the invention, structural elements limiting the thickness of the device are made in the form of dielectric plates 1 ÷ 2 mm thick from a material with low losses, for example polyethylene, while one of the plates contains pins with a diameter of 1 ÷ 3 mm, which determine the thickness of the layer, and the other the plate contains response pins holes with the possibility of fixing the pins in the holes. This is advisable if it is necessary to give absorbing screens rigidity during repeated installation on shielded surfaces.
В частном варианте выполнения изобретения конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполнены в виде диэлектрических пластин толщиной 1÷2 мм, содержащих отверстия и соединенных штырями диаметром 1÷3 мм с возможностью фиксации штырей в отверстиях.In a particular embodiment of the invention, structural elements limiting the thickness of the device are made in the form of dielectric plates 1 ÷ 2 mm thick containing holes and connected by pins with a diameter of 1 ÷ 3 mm with the possibility of fixing the pins in the holes.
В другом частном варианте конструктивные элементы, ограничивающие толщину устройства, выполнены из диэлектрической ткани или лавсановой пленки с диэлектрическими прокладками.In another particular embodiment, structural elements that limit the thickness of the device are made of dielectric fabric or dacron film with dielectric gaskets.
В частном варианте устройство для защиты от ЭМИ выполнено из двух и более слоев поглощающего материала, разделенных диэлектрическими сетками, причем каждый из слоев поглощающего материала имеет большую плотность, чем предыдущий, по мере приближения к экранируемой поверхности.In a particular embodiment, the device for protection against electromagnetic radiation is made of two or more layers of absorbent material separated by dielectric grids, each of the layers of absorbing material having a higher density than the previous one, as it approaches the screened surface.
Филамент - это элементарное волокно, получаемое в результате производства, из которого изготавливают углеродные волокнистые материалы в виде нитей или жгутов, состоящих из определенного числа филаментов (Казанцева А.И., Тверской В.А. Углеродные волокна. Учебное пособие. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008). Диаметр филаментов, используемых в устройстве для защиты от ЭМИ, определяется технологическим процессом их получения и составляет 4÷8 мкм, а длина определяется удобством создания слоя необходимых размеров, не являясь определяющим параметром, и может составлять от нескольких см до десятков см. К классу материалов, удовлетворяющих этим требованиям, относятся отечественные материалы ВМН-4, ВМН-6, Ровилон, Вулон, УКН (пр-во ООО "ЗУКМ", ООО "АРГОН", Балаково).A filament is an elementary fiber, obtained as a result of production, from which carbon fiber materials are made in the form of threads or bundles consisting of a certain number of filaments (Kazantseva A.I., Tverskoy V.A. Carbon fibers. Textbook. M. MITHT named after M.V. Lomonosov, 2008). The diameter of the filaments used in the device for protection against EMR is determined by the technological process for their production and is 4–8 μm, and the length is determined by the convenience of creating a layer of the required size, not being a determining parameter, and can range from several cm to tens of cm. To the class of materials satisfying these requirements include domestic materials VMN-4, VMN-6, Rovilon, Vulon, UKN (produced by ZUKM LLC, ARGON LLC, Balakovo).
Исходными материалами для производства филаментов являются полиакрилонитрильные материалы, материалы на основе гидратцеллюлозы, композиционные материалы системы углерод-углерод.The starting materials for the production of filaments are polyacrylonitrile materials, materials based on cellulose hydrate, carbon-carbon composite materials.
Выбор филаментов в качестве материала для формирования поглощающего слоя объясняется следующим образом. Приведенные величины удельного сопротивления, диаметров и длины филаментов при указанной плотности поглощающего материала и толщине устройства для защиты от ЭМИ позволяют совместить физические принципы поглощения, основанные на комбинации градиентных, резонансных и интерференционных процессов. Случайно ориентированные относительно фронта падающей волны трехмерные ячейки (резонансные элементы, диполи, многоугольники различных форм и размеров), образованные спутанными филаментами, расширяют рабочую полосу поглощения, делают характеристики отражения равномерными и не зависящими от поляризации падающей волны, создают эффект объемно распределенного рассеивания.The choice of filaments as a material for the formation of the absorbing layer is explained as follows. The values of resistivity, diameters and lengths of filaments given the indicated density of the absorbing material and the thickness of the device for protection against EMP allow combining the physical principles of absorption based on a combination of gradient, resonance and interference processes. Three-dimensional cells randomly oriented relative to the front of the incident wave (resonance elements, dipoles, polygons of various shapes and sizes) formed by entangled filaments expand the working absorption band, make the reflection characteristics uniform and independent of the polarization of the incident wave, and create the effect of volumetric distributed scattering.
Изобретение иллюстрируется чертежами и графиками.The invention is illustrated by drawings and graphs.
На фиг.1 приведен общий вид предложенного устройства для защиты от ЭМИ в варианте ограничения его толщины диэлектрическими сетками с вклеенными между ними диэлектрическими прокладками.Figure 1 shows a General view of the proposed device for protection against EMP in the form of limiting its thickness by dielectric grids with dielectric spacers glued between them.
На фиг.2 представлен общий вид варианта устройства для защиты от ЭМИ, толщина которого ограничена двумя диэлектрическими пластинами с отверстиями, соединенными штырями, с возможностью фиксации штырей в отверстиях, например, с помощью усиков.Figure 2 presents a General view of a variant of a device for protection against electromagnetic radiation, the thickness of which is limited by two dielectric plates with holes connected by pins, with the possibility of fixing the pins in the holes, for example, using antennae.
На фиг.3 приведена частотная зависимость модуля коэффициента отражения (МКО) фрагмента устройства для защиты от ЭМИ на отражающей (защищаемой) поверхности с плотностью поглощающего материала 0,0002 г/см3.Figure 3 shows the frequency dependence of the module of the reflection coefficient (MCO) of a fragment of a device for protection against electromagnetic radiation on a reflective (protected) surface with an absorbing material density of 0.0002 g / cm 3 .
На фиг.4 приведена частотная зависимость МКО фрагмента устройства для защиты от ЭМИ на отражающей поверхности с плотностью поглощающего материала 0,0005 г/см3.Figure 4 shows the frequency dependence of the MCO fragment of the device for protection against electromagnetic radiation on a reflective surface with an absorbing material density of 0.0005 g / cm 3 .
На фиг.5 представлены поляризационные характеристики МКО фрагмента устройства для защиты от ЭМИ на отражающей поверхности.Figure 5 presents the polarization characteristics of the MCO fragment of the device for protection against electromagnetic radiation on a reflective surface.
Устройство для защиты от ЭМИ выполнено (фиг.1) в виде плоского слоя спутанных углеграфитовых филаментов 1, ограниченного по толщине диэлектрическими сетками 2 с возможным шагом 5÷15 мм, диэлектрическими прокладками 3, задающими толщину материала в пределах 10÷30 мм и склеенными в узлах с сетками с шагом 5÷10 см (места склеивания 4), 5 - защищаемая поверхность. Положение филаментов фиксируется напылением полиимидного или кремнийорганического лака. Данный вариант устройства при плотности поглощающего материала в слое 0,00015…0,0003 г/см3 пропускает 50…80% излучения видимого и ИК диапазонов, что делает возможным использовать его для предупреждения нежелательного воздействия СВЧ-излучения на входные системы аппаратуры указанных диапазонов (кино- и фотоаппаратуры, тепловизоров и т.д.)The device for protection against EMR is made (Fig. 1) in the form of a flat layer of entangled carbon-graphite filaments 1, limited in thickness by
Устройство для защиты от ЭМИ (фиг.2) выполнено в виде плоского слоя углеграфитовых филаментов 1, толщина устройства ограничена двумя диэлектрическими пластинами с отверстиями 2, соединенными штырями 3. Концы штырей выполнены с возможностью фиксации в отверстиях, например с помощью усиков 4. Пластины выполняются из диэлектрика с малой диэлектрической проницаемостью, например из полиэтилена, толщиной 1÷2 мм. Слой углеграфитовых филаментов фиксируется напылением лака, защищаемая поверхность 5.The device for protection against EMP (figure 2) is made in the form of a flat layer of carbon-graphite filaments 1, the thickness of the device is limited by two dielectric plates with
Изготовление заявляемого устройства состоит из следующих основных операций: подготовка углеграфитовых филаментов (разделение, нарезка) на отрезки длиной от нескольких сантиметров до дециметров; формирование плоского слоя волокон (электропроводной ваты) толщиной 10÷30 мм из фрагментов спутанных филаментов; изготовление диэлектрических прокладок из материала с малыми потерями (например, полиэтилена); склеивание сетки-основания с прокладками с шагом 10÷15 см (цианакриловым или полиуретановым клеем); формирование плоского слоя волокон на сетке-основании; фиксирование положения волокон напылением полиимидного или кремнийорганического лака; приклеивание верхней сетки. При ограничении толщины слоя диэлектрической оболочкой последовательность операций следующая: изготовление оболочки-основания (со штырями) и оболочки-крышки (с отверстиями) из полиэтилена термическим прессованием; формирование плоского слоя волокон на оболочке-основании; фиксация положения волокон лаком; скрепление оболочки-крышки со штырями оболочки-основания. При ограничении толщины слоя двумя идентичными пластинами в одну из пластин (основание) предварительно вставляют штыри, после чего последовательность операций идентична предыдущему случаю. При изготовлении устройства, состоящего из нескольких слоев поглощающего материала, разделенных сетками, отдельно формируют каждый слой филаментов с фиксацией лаком, дальнейшие операции повторяют описанные выше.The manufacture of the inventive device consists of the following basic operations: preparation of carbon-graphite filaments (separation, cutting) into lengths from a few centimeters to decimeters; the formation of a flat layer of fibers (conductive wool) with a thickness of 10 ÷ 30 mm from fragments of tangled filaments; the manufacture of dielectric gaskets from a material with low losses (for example, polyethylene); bonding the base mesh with gaskets in increments of 10–15 cm (cyanoacrylic or polyurethane adhesive); the formation of a flat layer of fibers on the base mesh; fixing the position of the fibers by spraying polyimide or silicone varnish; gluing the top mesh. When limiting the thickness of the layer with a dielectric sheath, the sequence of operations is as follows: fabrication of the base sheath (with pins) and the cover sheath (with holes) from polyethylene by thermal pressing; the formation of a flat layer of fibers on the shell base; fixing the position of the fibers with varnish; bonding the shell-cap with the pins of the shell-base. When limiting the layer thickness to two identical plates, pins are pre-inserted into one of the plates (base), after which the sequence of operations is identical to the previous case. In the manufacture of a device consisting of several layers of absorbent material, separated by nets, each layer of filaments is individually formed with fixing with varnish, further operations are repeated as described above.
Из результатов измерений отражательной характеристики заявляемого устройства на защищаемой поверхности, приведенной на фиг.3, следует, что модуль коэффициента отражения (МКО) фрагмента устройства с плотностью поглощающего материала 0,0002 г/см3, начиная с частоты 3,5 ГГц, не превышает -10 дБ и сохраняет значение -13 дБ в диапазоне частот 4÷20 ГГц, что позволяет совмещать возможность поглощения СВЧ-излучения при сохранении возможности пропускать 50÷80% видимого и ИК излучения. Как видно из фиг.4, модуль коэффициента отражения фрагмента устройства на защищаемой поверхности при плотности поглощающего материала 0,0005 г/см3, начиная с частоты, близкой 1 ГГц, не превышает -10 дБ и значительно ниже -20 дБ в диапазоне 6÷20 ГГц (-27 дБ в диапазоне 10÷15 ГГц). Поляризационные характеристики отражения устройства на защищаемой поверхности (фиг.5), при плотности поглощающего материала 0,00035 г/см3, измерены для четырех положений фрагмента: 1 - исходное положение, 2 - фрагмент повернут на 90°, 3 - фрагмент повернут на 180°, 4 - фрагмент повернут на 270°. Из анализа представленных результатов измерений следует, что расхождение МКО при всех типах линейной согласованной поляризации не превышает ± 3 дБ, причем это незначительное расхождение появляется при значениях МКО ниже -20 дБ, что говорит о независимости отражения от поляризации падающей волны.From the measurement results of the reflective characteristics of the inventive device on the protected surface, shown in figure 3, it follows that the modulus of the reflection coefficient (MCO) of a fragment of the device with a density of absorbing material 0,0002 g / cm 3, starting from a frequency of 3.5 GHz, does not exceed -10 dB and retains a value of -13 dB in the
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство для защиты от электромагнитного излучения позволяет обеспечить более высокую поглощающую способность в значительно более широком диапазоне длин ЭМВ и высокий уровень понижения отраженной мощности от защищаемой проводящей поверхности при обеспечении высокой стабильности характеристик поглощения и отражения, а также независимость отражения от типа поляризации падающей волны. Следует отметить, что независимость характеристик предложенного устройства от поляризации падающей волны может быть успешно использована при создании защитных экранов и панелей для решения задач электромагнитной совместимости, обеспечения информационной безопасности и биологической защиты. Помимо этого, ограничение толщины устройства сетками при плотности поглощающего материала (филаментов) 0,00015÷0,0003 г/см3 позволяет совмещать поглощение СВЧ-излучения при сохранении возможности пропускать значительную часть видимого и ИК-излучения.Thus, in comparison with the prototype, the claimed device for protection against electromagnetic radiation allows for a higher absorption capacity in a much wider range of EMW lengths and a high level of lowering the reflected power from the protected conductive surface while ensuring high stability of the absorption and reflection characteristics, as well as independence of reflection on the type of polarization of the incident wave. It should be noted that the independence of the characteristics of the proposed device from the polarization of the incident wave can be successfully used to create protective screens and panels for solving the problems of electromagnetic compatibility, ensuring information security and biological protection. In addition, the limitation of the thickness of the device by grids at a density of absorbing material (filaments) of 0.00015 ÷ 0.0003 g / cm 3 allows you to combine the absorption of microwave radiation while maintaining the ability to pass a significant portion of visible and infrared radiation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103846/08A RU2566338C2 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Electromagnetic emission protection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103846/08A RU2566338C2 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Electromagnetic emission protection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014103846A RU2014103846A (en) | 2015-08-10 |
| RU2566338C2 true RU2566338C2 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=53795785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014103846/08A RU2566338C2 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Electromagnetic emission protection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2566338C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2688635C1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-05-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device for protection against electromagnetic radiation |
| RU2713056C1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-02-03 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Electromagnetic wave absorption device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3305623A (en) * | 1964-10-19 | 1967-02-21 | Metex Corp | Shielded window construction |
| FR2743940A1 (en) * | 1989-07-28 | 1997-07-25 | Nowak Jean Michel | Microwave absorbent cover for building radar cross=section reduction |
| US6037400A (en) * | 1997-08-25 | 2000-03-14 | Hitachi Maxell, Ltd | Composition for prevention of electric wave in wide range and electric wave absorber coping with all directions using same |
| US6165601A (en) * | 1996-10-05 | 2000-12-26 | Ten Kabushiki Kaisha | Electromagnetic-wave absorber |
| WO2006115477A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Bell Helicopter Textron Inc. | Method and apparatus for reducing the infrared and radar signature of a vehicle |
| US20100188833A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Florida State University Research Foundation | Electromagnetic interference shielding structure including carbon nanotube or nanofiber films and methods |
-
2014
- 2014-02-05 RU RU2014103846/08A patent/RU2566338C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3305623A (en) * | 1964-10-19 | 1967-02-21 | Metex Corp | Shielded window construction |
| FR2743940A1 (en) * | 1989-07-28 | 1997-07-25 | Nowak Jean Michel | Microwave absorbent cover for building radar cross=section reduction |
| US6165601A (en) * | 1996-10-05 | 2000-12-26 | Ten Kabushiki Kaisha | Electromagnetic-wave absorber |
| US6037400A (en) * | 1997-08-25 | 2000-03-14 | Hitachi Maxell, Ltd | Composition for prevention of electric wave in wide range and electric wave absorber coping with all directions using same |
| WO2006115477A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Bell Helicopter Textron Inc. | Method and apparatus for reducing the infrared and radar signature of a vehicle |
| US20100188833A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Florida State University Research Foundation | Electromagnetic interference shielding structure including carbon nanotube or nanofiber films and methods |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2688635C1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-05-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device for protection against electromagnetic radiation |
| RU2713056C1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-02-03 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Electromagnetic wave absorption device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014103846A (en) | 2015-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107465000B (en) | Broadband, polarization-insensitive helical encoding RCS reduction metasurface and its design method | |
| US5503887A (en) | Conductive woven material and method | |
| Zang et al. | Microwave absorption enhancement of rectangular activated carbon fibers screen composites | |
| EP2019447B1 (en) | Electromagnetic screen | |
| US6512483B1 (en) | Antenna arrangements | |
| JPH07507429A (en) | How to make materials with artificial dielectric constant | |
| Xia et al. | Composites with Koch fractal activated carbon fiber felt screens for strong microwave absorption | |
| JP4716348B2 (en) | Radio wave absorber | |
| CN106245184A (en) | There is frequency D periodic structure fabric selecting transparency and preparation method thereof | |
| RU2566338C2 (en) | Electromagnetic emission protection device | |
| RU2370866C1 (en) | Antiradar coating | |
| US7236139B2 (en) | Low backscatter polymer antenna with graded conductivity | |
| Xiao et al. | The electromagnetic shielding and reflective properties of electromagnetic textiles with pores, planar periodic units and space structures | |
| JP2005210016A (en) | Frequency selection device | |
| Can et al. | Design, fabrication, and measurement of textile‐based frequency selective surfaces | |
| Portes et al. | Enhancing metacomposite properties and electromagnetic interference shielding: exploring the interplay between manufacturing processability of carbon fiber elastomeric composite and permittivity/permeability effects | |
| Sim et al. | Broadband metamaterial microwave absorber for X-Ku band using planar split ring-slot structures | |
| Jia et al. | Low-pass spatial filter based on 3D metamaterial rasorber with wideband absorption at high frequency | |
| RU2383089C2 (en) | Electromagnetic wave absorber | |
| Yah et al. | Green nanocomposite-based metamaterial electromagnetic absorbers: potential, current developments and future perspectives | |
| JP5598879B2 (en) | Linear polarization control method and apparatus | |
| RU2243899C2 (en) | Radio-absorbing cover | |
| RU2231181C2 (en) | Stratified absorber of electromagnetic waves | |
| JP5376470B2 (en) | Linear polarization control method and apparatus. | |
| RU2322735C1 (en) | Electric wave absorber |