Пристрій для зменшення інтенсивності відбиття електромагнітного випромінювання в широкому діапазоні частот

Пристрій для зменшення інтенсивності відбиття електромагнітного випромінювання в ши Запропонована корисна модель відноситься до галузі радіотехніки і може бути використана для поглинання електромагнітного випромінювання (ЕМВ) в широкому діапазоні довжин хвиль різними тілами, при розробці поглиначів для поглинаючих камер, матеріалів для поглинаючих елементів конструкцій. Відомий пристрій для зменшення інтенсивності відбиття ЕМВ від тіл обмежених розмірів, який складається з різних можливих варіантів радіопоглинаючих покрить (РПП) та радіопоглинаючих матеріалів (РПМ) [1, 2]. Умовою для забезпечення повного поглинання та відсутності відбиття ЕМВ в РПП та РПМ є виконання на межі розподілу середовищ співвідношення є де zi - повний опір середовища 1; Z2 - повний опір середовища 2; \х - магнітна проникність; є - діелектрична проникність. У пристрої забезпечується поглинання та загасання відбиття ЕМВ від покрить лише на деяких ділянках діапазонів частот в яких працюють сучасні радіотехнічні системи. Недоліком відомого пристрою є незначне поглинання ЕМВ в широкому діапазоні частот, що не дозволяє забезпечити вказану властивість в ос рокому діапазоні частот, що включає камеру, на зовнішню поверхню якої нанесено шар з діелектричного матеріалу, всередині якого хаотично розподілені сферичні вкраплення а-радіоактивної речовини різного розміру, а на зовнішню поверхню діелектричного шару хаотично нанесені плями високопровідної речовини різного розміру, який відрізняється тим, що додатково введено зовнішній шар з діелектричної речовини та високопровідні плями, що хаотично розміщені на поверхні покриття. воєному діапазоні довжин хвиль А, роботи сучасних радіотехнічних систем (X ~ 100 см ... 1 мм) в разі його реалізації на базі існуючих відомих РПП та РПМ. Відомий також пристрій для зменшення інтенсивності відбиття радіохвиль, який містить інтерференційні, градієнтні або геометрично неоднорідні РПП та РПМ [3]. Недоліком цього пристрою є неможливість суттєво зменшити інтенсивність відбиття ЕМВ в широкому діапазоні частот при створенні інтерференційних, градієнтних або геометрично неоднорідних РПП та РПМ, особливо, при висуненні обмежень щодо масогабаритних характеристик та технологічності реалізації пристрою. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є пристрій для зменшення інтенсивності відбиття ЕМВ, побудований на основі шару з а - радіоактивної речовини, що нанесена на зовнішню сторону поверхні металевого корпусу камери, яка при радіоактивному розпаді інжектує а - частки в оточуючий камеру простір, які іонізують атоми навколишнього середовища, внаслідок чого створюється плазма, яка за рахунок зміни імовірності іонізації а - часток по відстані пробігу має розмиті та нечіткі межі, що сприяє входженню ЕМВ в плазму та зменшує коефіцієнт відбиття енергії 00 о> 7486 електромагнітної хвилі, що впала на пристрій, на межі середовище - плазма [3]. Недоліком пристрою - прототипу є неможливість суттєво зменшити інтенсивність відбиття ЕМВ в умовах відсутності навколо пристрою, що вкриває корпус камери, газового середовища достатньої щільності для створення плазми з відповідними характеристиками. В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій для зменшення інтенсивності відбиття електромагнітного випромінювання в широкому діапазоні частот, який шляхом додаткового введення зовнішнього покриття камери з діелектричної речовини, в середині якого випадково розподілені сферичні вкраплення а - радіоактивної речовини різного розміру, а на зовнішній поверхні діелектричного шару випадково розміщені плями високопровідної речовини різного розміру, створює твердотільну плазму в покритті, яка характеризується величинами одного порядку щодо дійсної та уявної частини діелектричної проникності, що забезпечує ефективне розширення смуги частот, в якій здійснюється зменшення відбиття ЕМВ від пристрою для камери обмежених розмірів за відсутності оточуючого газового середовища та при висунутих обмеженнях на масогабаритні характеристики покриття [4]. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрій, який містить вкраплення а радіоактивної речовини, додатково введено шар з діелектричної речовини, товщина якого дорівнює далекості вільного пробігу а - часток в діелектрику, а по поверхні розподілені плями з матеріалу високої провідності. Сферичні а - радіоактивні вкраплення створюють високопровідну об'ємну систему треків з суттєво нерівноважною концентрацією електронів. Складність структури провідності радіоізотопного композитного покриття створює нелінійності в його електродинамічних властивостях. Наявність джерел високоенергетичних електронів переводить покриття до стану зі ступеневими асимптотиками розподілів заряджених часток до області енергій більших ніж енергії Фермі. За рахунок того, що шар покриття має діелектричні властивості, а радіоактивні та металеві включення мають високу провідність, пристрій по відношенню до поглинання та розсіювання ЕМВ являє собою одночасно середовище з властивостями обох вказаних типів. Покриття стає вкрай поглинаючим та нелінійним. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу полягає в тому, що запропонований пристрій при одночасній дії декількох фізичних явищ та процесів, які мають максимальний ефект в різних ділянках частотного діапазону, дозволить досягнути широкополосності щодо зниження рівня відбиття ЕМВ незалежно від наявності та щільності природного газового середовища, яке оточує покриття камери, при жорстких вимогах до масогабаритних характеристик та технологічності пристрою. Відбите покриттям ЕМВ зменшується за рахунок впливу внутрішньої структури радіоізотопного композитного покриття, розсіювання на фрактальній структурі діаграми спрямованості та підви щення ефективного загасання у нерівноважному та незворотному середовищі радіоізотопного покриття. На фіг. 1 приведений фрагмент структури радіоізотопного композитного покриття камери. На фіг. 2 приведені графіки залежності величини ефективної поверхні розсіювання ідеально провідного циліндра 1 та циліндра з радіоізотопним композитним покриттям 2 від кута відбиття ЕМВ відносно нормалі. Запропонований пристрій містить діелектричний шар відповідної товщини 1, який нанесено на зовнішню поверхню камери 2, сферичні вкраплення а - радіоактивної речовини 3, частки високопровідної металевої речовини 4. Радіоактивна речовина 3 являє собою джерела випромінювання а - часток, які мають сферичну форму різного розміру та випадково розподілені у внутрішньому об'ємі діелектричного покриття 1. Високопровідні плями 4 випадково розміщені на зовнішній поверхні шару 1 та мають різні розміри. Інжектовані сферичними вкрапленнями радіоактивної речовини а - частки створюють в діелектричному шарі складну структуру з провідних елементів (треків) різних напрямів та розмірів. Найбільший розмір треків визначають самі вкраплення а - радіоактивної речовини. Треки менших розмірів створюють окремі а - частки, які розглядають як провідні елементи з меншим розміром включень. Робота запропонованого пристрою полягає у наступному. Пряма хвиля ЕМВ падає на зовнішню сторону діелектричного шару покриття 1, проходить в нього та викликає дію основних фізичних процесів та явищ: 1. Розсіювання на неоднорідностях провід ностей. 2. Розсіювання на сферичних високопровідних а - радіоактивних вкрапленнях покриття. 3. Розсіювання на внутрішній структурі треків покриття. 4. Загасання на треках а - часток в результаті нерівноважних процесів. 5. Перетворення ЕМВ на нелінійності покриття. 6. Загасання ЕМВ за рахунок іонізації прилеглого до покриття шару оточуючого газового середовища. Таким чином, радіоізотопне композитне покриття має багаторезонансну частотну залежність діелектричної проникності в широкому частотному діапазоні [4] та порівняні величини дійсної та уявної частин діелектричної проникності покриття [5]. Кожний з зазначених вище фізичних процесів та явищ, що впливають на зменшення рівня ЕМВ відбитої покриттям, характеризується власним вкладом у відповідній визначеній ділянці частотного діапазону. Зменшення відбиття ЕМВ в широкому частотному діапазоні за рахунок фізичних процесів та явищ за пп. 1-4 щодо розсіювання та загасання 7486 R = Ve+itgJ 2ппл/є Д X є-itc (1) 2ппл/є [j(p,t)]+g(e) а м • провідність діелектрика покриття та металевих вкраплень (а - часток) ВІДПОВІДНО, W - критичний індекс, який характеризує ступінь нелінійності в покритті (в критичних випадках W=2/3) Внесок сферичних вкраплень а радіоактивної речовини в розсіювання ЕМВ в середині покриття 0 6 Кінетичне рівняння для заряджених часток (рівняння Ленарда-Балеску) [5] характеризує ЩІЛЬНІСТЬ електронних станів за енергіями (3) де Імє - уявна частина діелектричної проникності радіоізотопного композитного покриття, £Нп діелектрична проникність напівпровідника (діелектрика та вкраплень а радіоактивної речовини) Внесок треків а - часток в розсіювання енергії відбитої електромагнітної хвилі єТР(А.) = є ( Ь ) + де ' Діелектрична проникність напівпровідника на визначеній довжині хвилі, А - функція, яка враховує ЩІЛЬНІСТЬ станів заряджених часток та їх розподіл по енергіях, G - параметр, який враховує хвильові властивості середовища покриття (5) де f(p,t) - функція розподілу заряджених час ток, р - імпульс зарядженої частки, Vp[j(p,t)] - потік у фазовому середовищі, д(є), (р(є) - стоки та витоки заряджених час ток Функція розподілу заряджених часток з (5) дозволяє отримати макроскопічні властивості покриття та визначити комплексне значення діелектричної проникності є Результати чисельного рішення (5) показали, що дійсна та уявна частини діелектричної проникності досягають КІЛЬКІСНИХ величин одного порядку Внесок складових комплексної діелектричної проникності з урахуванням загасання на треках а - часток в результаті збудження нерівноважних процесів в покритті Ree = . Le = 16п 2 е 2 r . Jdv v 2 f(v) (О2 2 8n 3 m 2 e 2 f c o f л со я— — f — со (6) (7) де є - заряд електрона, k - хвильове число, v - швидкість потоку заряджених часток, а - частота електромагнітної хвилі, m - маса електрона Вплив перетворення по частоті ЕМВ на нелінійності покриття призводить до викривлення інформації про характеристики відбиття випромінювання шляхом перенесення спектру відбитого від покриття ЕМВ за рахунок підвищення КІЛЬКОСТІ високочастотних складових спектру та зменшення його амплітуди на гармоніках Внесок загасання ЕМВ за рахунок іонізації зовнішнього газового середовища поблизу покриття має суттєвий вплив Концентрація заряджених часток спадає з віддаленням від поверхні покриття за експоненційним законом (до нуля на відстані ~ 4 см), тому шар іонізованої а - частками плазми погоджений з навколишнім середовищем та поглинає відповідну частину ЕМВ Величина відбитого ЕМВ зменшується радіоізотопним композитним покриттям в результаті одночасної дії декількох фізичних процесів та явищ (пп 1-6) Згідно З оцінками, які зроблені, потужність відбитої від покриття хвилі ЕМВ, в діапазоні від 3 мм до 10 см, зменшується порівняно з потужністю падаючого на покриття ЕМВ на величину не меншу ніж >10 Дб за рахунок внутрішньої структури покриття, > 10 Дб за рахунок розсіювання на фрактальній структурі діаграми спрямованості, 7486 >10- 20 Дб за рахунок підвищення ефективного загасання у нерівноважному та незворотному середовищі покриття. Джерела інформації: 1. Физические основы диапазонных технологий типа "Стеле". / С.А. Масалов, А.В. Рыжак, О.И. Сухаревский, В.М. Шкиль. - Санкт-Петербург: ВИКУ им. А.Ф. Можайского, 1999. - с. 163. 2. Радиотехнические системы в ракетной технике. М.: Воениздат, 1974. - 224 с. 3. Шнейдерман Я.А. Радиопоглощающие покрытия // Зарубежная радиоэлектроника. - 1975. №2. - С. 95-99. 8 4. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухорукое А.П. Теория волн. Учебное пособие. - 2-е изд. Переработанное и дополненное. М.: Наука, 1990. 432 с. 5. Сотников A.M. Электродинамические процессы полупроводниковых радиоизотопных покрытий // Моделювання та інформаційні технології. Вип. 26. - К.: НАНУ, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Е. Пухова, 2004. - с. 196-201. 6. Сатанин A.M. Нелинейная проводимость фрактальных резисторов // Письма в ЖТФ. - 1995. -Т. 21. - Вып. 16. -с. 44-47. ЕПР Град. Фіг. 1 Комп'ютерна верстка М. Клюкін Фіг. 2 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601