РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ ЭМВ

March 29, 2012 by admin Комментировать »

Будай А. Г., Кныш В. П., Малый С. В. Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко Факультет радиофизики и электроники БГУ Ул. Курчатова, 7, Минск – 220064, Республика Беларусь Тел.: +375172122480; e-mail: poliichuk@bsu.by

Аннотация – Рассмотрены методы электродинамического расчета параметров широкополосных поглотителей электромагнитных волн (ЭМВ). Приведены результаты разработки поглотителей электромагнитных волн для оборудования безэховых помещений.

I.  Введение

Радиопоглощающие материалы находят широкое применение в различных приложениях (безэховые камеры, решение проблем радиоэкологии и т.д.) [1]. Наибольший интерес представляют покрытия, обеспечивающие широкополосное и широкоугольное поглощение. Среди таких покрытий наиболее часто используют материалы с электрическим типом поглощения и профилированной поверхностью. Разработка таких покрытий сталкивается с комплексом проблем, связанных с многопараметрической оптимизацией конструкций и выбором диэлектрических параметров материалов. Экспериментальная отработка конструкций покрытий связана с большими временными и материальными затратами, а также предполагает изготовление больших по площади фрагментов. Особая проблема связана с установлением зависимости между структурно-технологическими и электродинамическими параметрами исходных материалов.

Вычислительный эксперимент, базирующийся на адекватных моделях и программных средствах, является разумной альтернативой натурному. К сожалению, в настоящее время отсутствуют подходы к самосогласованному анализу, обеспечивающему возможность учета в рамках одной модели микро и макро параметров радиопоглощающих материалов.

II.  Основная часть

Предлагается методика расчета электродинамических характеристик радиопоглощающих покрытий, включающая в себя два основных этапа:

– расчет эффективных электромагнитных параметров структурно неоднородных материалов и композитов;

–  решение задачи дифракции плоской электромагнитной волны на двухмерно периодической решетке, образованной из произвольных по геометрии и составу объектов.

Таким образом, методика предусматривает взаимно согласованное моделирование радиопоглощающих покрытий с учетом их микро и макро параметров (электромагнитных и конструкционных).

Методика базируется на комплексном использовании метода минимальных автономных блоков [2] и теории периодических структур [3]. Выбор метода минимальных автономных блоков в качестве базового для предлагаемой методики обусловлен его высокой вычислительной устойчивостью, что является необходимым при малых размерах структурных неоднородностей композитов.

На первом этапе решается задача взаимодействия плоской электромагнитной волны с плоским слоем радиопоглощающего материала. При этом учитываются особенности его структуры: пространственная неоднородность, многокомпонентность и т.д. По найденным комплексным элементам матрицы рассеяния определяются эффективные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей [5]. На втором этапе решается дифракционная задача и производится оценка электромагнитных свойств радиопоглощающих покрытий [4].

Оба этапа методики сводятся к задачам дифракции электромагнитных волн на периодических решетках. Для их решения используется следующий алгоритм [4, 5]:

–  переход к электродинамически эквивалентной задаче о рассеянии электромагнитных волн на неоднородности в пространственном волноводе, выделяющем период решетки;

–  декомпозиция области волновода, содержащей неоднородность, на систему минимальных автономных блоков и расчет матриц рассеяния для каждого из них;

– рекомпозиция системы МАБ и нахождение многоканальной матрицы рассеяния;

– определение матрицы перехода от многоканального к многомодовому представлению поля в волноводе;

– определение многомодовой матрицы рассеяния;

– расчет спектра распространяющихся дифракционных гармоник для заданных режимов возбуждения (частота, угол падения, поляризация электромагнитной волны).

Методика определения эффективных электромагнитных параметров может использоваться для материалов с периодической или стохастически однородной структурой. Если радиопоглощающий материал содержит разномасштабные неоднородности, то методика определения эффективных электродинамических параметров может использоваться рекурсивно. Для каждого размерного уровня неоднородностей рассчитываются усредненные параметры, используемые на следующем уровне.

Разработанные на базе описанной выше методики программные комплексы позволяют рассчитывать электромагнитные параметры широкого спектра материалов и покрытий с электрическим, магнитным и смешанным типами поглощения.

В докладе приводятся результаты использования разработанных программно-методических средств для расчета различных типов композитов и радиопоглощающих покрытий.

С использованием изложенных выше средств моделирования был разработан поглотитель электромагнитных волн “ТОРА”, который представляет собой диэлектрический радиопоглощающий материал пирамидального типа в виде панелей с размерами 50X50 см из эластичного пенополиуретана с углеродным наполнителем.

Разработана технология изготовления и освоено производство трех видов панелей для различных диапазонов частот высотой 9 см, 25 см, 39см с 225, 36, и 16 пирамидами на каждой панели. Вес панелей не превышает 0.7, 1.8, и 2.4 кг соответственно. Измеренные коэффициенты отражения от поглотителей при нормальном падении волны приведены в таблице 1.

Таблица 1

Р(ГГц)

0,5

1,5

3

6

10

37,5

H

l

CO

CD

25

35

40

45

50

50

LO

CM

1

1-

30

35

40

45

50

H

i

CD

20

30

40

45

Результаты вычислительного эксперимента представлены на рисунке 1.

Частота(ГГц)

Рис. 1. Расчетная частотная зависимость коэффициентов отражения от поглотителя «Тора-25».

Fig. 1. Design frequency dependence of reflectivity factor on Tora-25 absorber

Результаты натурного и вычислительного экспериментов находятся в хорошем соответствии.

III.   Заключение

Разработана комплексная методика расчета поглотителей электромагнитных волн, обеспечивающая возможность учета электромагнитных и конструкционных параметров на микро и макро уровнях.

Приведены результаты натурного и вычислительного экспериментов по исследованию широкополосных поглотителей ЭМВ пирамидального типа.

IV.  Список литературы

[1 ] Мицмахер М. Ю., Торгованов В. А. Безэховые камеры СВЧ. М.: Радио и связь, 1982.

[2] Никольский В. В., Никольская Т. И. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики. М.: Наука, 1983, С. 304.

[3] Амитей Н., Галиндо В., By Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир, 1974, С. 455.

[4] Maly S. V. The Numerical Technique for Analysis of the Electromagnetic Scattering by Complicated Periodic Structures // MMET conference proceedings «Mathematical Methods in Electromagnetic Theory», Lviv, 1996, pp. 490-493.

[5] Малый С. В., Кухарчик П. Д. // Вестник Белорусского университета. Сер. 1., 1999, № 3.

DEVELOPMENT AND STUDY OF ABSORBERS OF ELECTROMAGNETIC WAVES

Budai A. G., Knysh V. P., Maly S. V.

Scientific research institute of applied physical problems of a name of A. N. Sevchenko Faculty of radiophysics and electronics, BGU 7, Kurchatov St., Minsk – 220064, Belarus Tel.: +375172122480, e-mail: poliichuk@bsu.by

Abstract – Methods of electrodynamic analysis of parameters of broadband absorbers of electromagnetic waves are considered. Results of development of absorbers of electromagnetic waves for the equipment of anechoic chambers are presented.

I. Introduction

Radio-absorbing materials are widely used in various technical areas (anechoic chamber, the solution of problems of radioecology, etc.). The greatest interest is represented with the coats providing broadband and wide-angle absorption of an electromagnetic radiation. The most frequently used materials with electrical type of absorption and the profiled surface are among such coats. Development of such coats collides with complex problems concerning multi-parameter optimization of constructions and selection of the dielectric parameters of materials. The special problem is interlinked to determination of dependence between structural-technological and electrodynamic parameters of source materials.

The computing experiment on the basis of adequate models and software is a reasonable alternative.

II. Main part

The design procedure of electrodynamic performances of radio-absorbing coats, including two basic stages is offered:

– calculation of effective electromagnetic parameters structurally heterogeneous materials and composites,

-the solution of a problem of diffraction of a plane electromagnetic wave on bidimensional periodic grating formed from arbitrary on geometry and composition objects.

The procedure is based on complex use of a method of the minimal autonomous blocks and the theory of periodic structures.

Designed model and programs have been used for development of an absorber of electromagnetic waves. "Tora" absorber represents a radio-absorbing material of pyramidal type as a panel of 50X50 cm. The absorber composition enters polyurethane and a carbon filling compound.

The technology is developed and manufacture is mastered of three types of panel for various frequency bands in height of 9 cm, 25 cm, and 39 cm with 225, 36, and 16 pyramids on each panel. The weight of panel does not exceed 0.7, 1.8, and 2.4 kg, accordingly.

III. Conclusion

The technique for calculation of parameters of absorbers of electromagnetic waves is offered.

Results of natural and computing experiment on examination of broadband absorbers of pyramidal type presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты