В материаловедении материал , поглощающий излучение ( RAM ), представляет собой материал, который был специально разработан и сформирован для максимально эффективного поглощения падающего радиочастотного излучения (также известного как неионизирующее излучение ) с максимально возможного количества направлений падения. Чем эффективнее ОЗУ, тем ниже результирующий уровень отраженного ВЧ-излучения. Многие измерения электромагнитной совместимости (ЭМС) и диаграмм направленности антенн требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие в испытательной установке, включая отражения, были незначительными, чтобы избежать риска возникновения ошибок измерения и неоднозначности.
Один из наиболее эффективных типов оперативной памяти состоит из массивов частей пирамидальной формы, каждая из которых изготовлена из материала с подходящими потерями . Для эффективной работы все внутренние поверхности безэховой камеры должны быть полностью покрыты РАМ. Разделы оперативной памяти могут быть временно удалены для установки оборудования, но их необходимо заменить перед проведением каких-либо испытаний. Чтобы иметь достаточные потери, RAM не может быть ни хорошим электрическим проводником , ни хорошим электрическим изолятором , поскольку ни один из типов фактически не поглощает никакой энергии. Обычно пирамидальная RAM состоит из прорезиненного пенопласта , пропитанного контролируемыми смесями углерода и железа . Длина от основания до вершины пирамидальной структуры выбирается исходя из самой низкой ожидаемой частоты и требуемой величины поглощения. Для низкочастотного демпфирования это расстояние часто составляет 60 см (24 дюйма), а для высокочастотных панелей - всего 7,5–10 см (3–4 дюйма). Панели оперативной памяти обычно устанавливаются на стенах испытательной камеры на ЭМС кончиками, направленными внутрь камеры. Пирамидальная RAM ослабляет сигнал за счет двух эффектов: рассеяния и поглощения. Рассеяние может происходить как когерентно, когда отраженные волны синфазны, но направлены в сторону от приемника, так и некогерентно, когда волны улавливаются приемником, но не совпадают по фазе и, следовательно, имеют более низкую мощность сигнала. Это некогерентное рассеяние также происходит внутри структуры пенопласта, при этом взвешенные частицы углерода способствуют деструктивному взаимодействию. Внутреннее рассеяние может привести к затуханию до 10 дБ. Между тем, формы пирамиды срезаны под углами, которые максимизируют количество отскоков волны внутри конструкции. С каждым отскоком волна отдает энергию пенопласту и, таким образом, уходит с более низким уровнем сигнала. [1] Альтернативный тип оперативной памяти включает плоские пластины из ферритового материала в виде плоских плиток , прикрепленных ко всем внутренним поверхностям камеры. Этот тип имеет меньший эффективный частотный диапазон, чем пирамидальный RAM, и предназначен для крепления к хорошо проводящим поверхностям. Как правило, его легче установить и он более долговечен, чем ОЗУ пирамидального типа, но он менее эффективен на более высоких частотах. Однако его характеристики могут быть вполне адекватными, если испытания будут ограничены более низкими частотами (ферритовые пластины имеют кривую затухания, которая делает их наиболее эффективными в диапазоне 30–1000 МГц). Существует также гибридный тип — феррит пирамидальной формы. Обладая преимуществами обеих технологий, диапазон частот можно максимально увеличить, сохраняя при этом пирамиду небольшого размера (10 см). [2]
Для физически реализуемых поглощающих излучение материалов существует компромисс между толщиной и шириной полосы: оптимальное соотношение толщины и ширины полосы поглощающего излучение материала определяется пределом Розанова. [3]
Радиопоглощающие материалы используются в технологиях малозаметности для маскировки транспортного средства или конструкции от радиолокационного обнаружения. Поглощающая способность материала на данной частоте радиолокационной волны зависит от его состава. RAM не может идеально поглощать радар на любой частоте, но любой данный состав имеет большее поглощение на некоторых частотах, чем на других; ни одна RAM не подходит для поглощения всех радиолокационных частот. Распространенным заблуждением является то, что RAM делает объект невидимым для радара. Радиопоглощающий материал может значительно уменьшить радиолокационное сечение объекта на определенных радиолокационных частотах, но не приводит к «невидимости» ни на одной частоте.
Самыми ранними формами стелс-покрытия были материалы под названием Sumpf и Schornsteinfeger — покрытие, использовавшееся немецким флотом во время Второй мировой войны для трубок (или перископов ) подводных лодок , чтобы снизить их отражательную способность в 20-сантиметровом радиолокационном диапазоне, который использовали союзники. Материал имел слоистую структуру и основывался на частицах графита и других полупроводниковых материалов, внедренных в резиновую матрицу. Эффективность материала частично снизилась под действием морской воды. [4] [5]
Аналогичное использование планировалось для самолета Horten Ho 229 . Клей, которым склеивались листы фанеры в его обшивке, был пропитан частицами графита, которые должны были уменьшить его видимость для британских радаров. [6] [7]
Одним из наиболее распространенных типов оперативной памяти является краска в виде железных шариков. Он содержит крошечные сферы, покрытые карбонильным железом или ферритом . Радарные волны вызывают в этой краске молекулярные колебания от переменного магнитного поля, что приводит к преобразованию энергии радара в тепло. Затем тепло передается самолету и рассеивается. Частицы железа в краске образуются в результате разложения пентакарбонила железа и могут содержать следы углерода , кислорода и азота . [ нужна цитата ] Один из методов, используемых в F-117A Nighthawk и других подобных самолетах-невидимках, заключается в использовании электрически изолированных шариков из карбонильного железа определенных размеров, подвешенных в двухкомпонентной эпоксидной краске. Каждая из этих микроскопических сфер покрыта диоксидом кремния в качестве изолятора посредством запатентованного процесса. Затем, в процессе изготовления панели, пока краска еще жидкая, прикладывается магнитное поле с определенной силой Гаусса и на определенном расстоянии для создания структуры магнитного поля в шариках карбонильного железа внутри феррожидкости жидкой краски . Затем краска затвердевает под действием магнитного поля, удерживающего частицы в их магнитном узоре. Были проведены некоторые эксперименты с применением противоположных магнитных полей север-юг к противоположным сторонам окрашенных панелей, в результате чего частицы карбонильного железа выравнивались (вставали дыбом, чтобы они были трехмерно параллельны магнитному полю). Краска с шариками из карбонильного железа наиболее эффективна, когда шарики равномерно распределены, электрически изолированы и представляют собой градиент постепенно увеличивающейся плотности для входящих радиолокационных волн. [ нужна цитация ] Родственный тип RAM состоит из листов неопренового полимера с ферритовыми зернами или проводящими частицами технического углерода (содержащими около 0,30% кристаллического графита по отвержденной массе), внедренными в полимерную матрицу. Плитки использовались на ранних версиях F-117A Nighthawk, хотя в более поздних моделях используется окрашенная ОЗУ. Покраска F-117 выполняется промышленными роботами, поэтому краску можно наносить равномерно, с определенной толщиной и плотностью слоя. Самолет покрыт плиткой, «приклеенной» к фюзеляжу, а оставшиеся зазоры заполнены «клеем» из железных шариков. [ нужна ссылка ] ВВС США представили радиопоглощающую краску, изготовленную из феррожидкостныхи немагнитные вещества. Уменьшая отражение электромагнитных волн, этот материал помогает снизить заметность окрашенных в таран самолетов на радарах. Израильская фирма Nanoflight также создала радиопоглощающую краску с использованием наночастиц . [8] Военные Республики Китай (Тайвань) также успешно разработали радиопоглощающую краску, которая в настоящее время используется на тайваньских военных кораблях-невидимках, и построенный на Тайване реактивный истребитель-невидимка, который в настоящее время находится в разработке в ответ на развитие технологии малозаметности. их соперником, материковой Китайской Народной Республикой, которая, как известно, демонстрировала публике как военные корабли-невидимки, так и самолеты. [9] [10]
Пенопластовый поглотитель применяется в качестве футеровки безэховых камер для измерения электромагнитного излучения. [ нужна ссылка ] Этот материал обычно состоит из огнеупорного пенополиуретана, наполненного проводящей сажей [сферические частицы карбонильного железа и/или частицы кристаллического графита] в смесях от 0,05% до 0,1% (по массе в готовом продукте) и нарезанного на квадратные пирамиды с размерами, соответствующими интересующим длинам волн. Дальнейшие улучшения могут быть достигнуты, когда проводящие частицы наслаиваются с градиентом плотности, так что на вершине пирамиды находится самый низкий процент частиц, а в основании — самая высокая плотность частиц. Это обеспечивает «мягкое» изменение импеданса входящих радиолокационных волн и еще больше уменьшает отражение (эхо). Длина от основания до кончика и ширина основания пирамидальной структуры выбираются исходя из самой низкой ожидаемой частоты при поиске широкополосного поглотителя. Для демпфирования низких частот в военных целях это расстояние часто составляет 60 см (24 дюйма), а для высокочастотных панелей - всего 7,5–10 см (3–4 дюйма). Примером высокочастотного применения может служить полицейский радар (радар измерения скорости K и Ka-диапазона), пирамиды будут иметь размер около 10 см (4 дюйма) в длину и основание 5x5 см (2 x 2 дюйма). Эта пирамида будет стоять на кубическом основании размером 5x5 см (2x2 дюйма) и высотой 2,5 см (1 дюйм) (общая высота пирамиды и основания около 12,5 см или 5 дюймов). Четыре края Пирамида представляет собой мягко плавные дуги, придающие пирамиде слегка "раздутый" вид. Эта дуга обеспечивает некоторый дополнительный разброс и предотвращает создание связного отражения любым острым краем. Панели оперативной памяти устанавливаются так, чтобы кончики пирамид были направлены в сторону радиолокационный источник.Эти пирамиды также могут быть спрятаны за внешней почти радиопрозрачной оболочкой, где требуется аэродинамика. [ нужна цитата ]Пирамидальная RAM ослабляет сигнал за счет рассеяния и поглощения. Рассеяние может происходить как когерентно, когда отраженные волны синфазны, но направлены в сторону от приемника, так и некогерентно, когда волны могут отражаться обратно к приемнику, но не в фазе и, следовательно, иметь более низкую мощность сигнала. Хорошим примером когерентного отражения является граненая форма самолета-невидимки F-117A, который имеет такие углы к радиолокационному источнику, что когерентные волны отражаются от точки происхождения (обычно источника обнаружения). Некогерентное рассеяние также происходит внутри структуры пенопласта, при этом взвешенные проводящие частицы способствуют деструктивным помехам. Внутреннее рассеяние может привести к затуханию до 10 дБ. Между тем, формы пирамиды срезаны под углами, которые максимизируют количество отскоков волны внутри конструкции. С каждым отскоком волна отдает энергию пенопласту и, таким образом, уходит с более низким уровнем сигнала. [11] Другие пенопластовые поглотители доступны в виде плоских листов, в которых используется возрастающий градиент содержания углерода в разных слоях. Поглощение пенопластом происходит, когда радиолокационная энергия преобразуется в тепло в проводящих частицах. Поэтому в приложениях, где задействованы высокие энергии радара, для отвода выделяемого тепла используются охлаждающие вентиляторы. [ нужна цитата ]
Поглотитель Яумана или слой Яуманна представляет собой радиопоглощающее вещество. [ нужна цитата ] Когда впервые был представлен в 1943 году, слой Яумана состоял из двух равноотстоящих друг от друга отражающих поверхностей и проводящей заземляющей пластины. Его можно рассматривать как обобщенный многослойный экран Солсбери , поскольку принципы схожи. Будучи резонансным поглотителем (т.е. он использует интерференцию волн для подавления отраженной волны), слой Яумана зависит от расстояния λ/4 между первой отражающей поверхностью и плоскостью заземления и между двумя отражающими поверхностями (в общей сложности λ/4). + λ/4). Поскольку волна может резонировать на двух частотах, слой Яумана создает два максимума поглощения в диапазоне длин волн (при использовании конфигурации с двумя слоями). Все слои этих поглотителей должны быть параллельны друг другу и плоскости заземления, которую они скрывают. В более сложных поглотителях Jaumann используется ряд диэлектрических поверхностей, разделяющих проводящие листы. Проводимость этих листов увеличивается по мере приближения к земле.
Было показано, что разрезные кольцевые резонаторы (SRR) в различных испытательных конфигурациях чрезвычайно эффективны в качестве поглотителей радаров. Технология SRR может использоваться в сочетании с вышеперечисленными технологиями для обеспечения кумулятивного эффекта поглощения. Технология SRR особенно эффективна при использовании на граненых объектах с идеально плоскими поверхностями, которые не отражаются напрямую от источника радара (например, F-117A). В этой технологии используется фотографический процесс для создания слоя резиста на тонкой (около 0,1778 мм или 0,007 дюйма) медной фольге на диэлектрической подложке (тонкий материал печатной платы), выгравированной на настроенных матрицах резонаторов, причем каждый отдельный резонатор находится в букве «C». форма (или другая форма, например квадрат).Каждый SRR электрически изолирован, и все размеры тщательно определены для оптимизации поглощения на определенной длине волны радара.Не являясь замкнутым контуром «O», отверстие в «C» представляет собой зазор определенного размера, который действует как конденсатор. На частоте 35 ГГц диаметр буквы «C» составляет около 5 мм. Резонатор можно настроить на определенные длины волн, а несколько SRR можно скомпоновать с изолирующими слоями определенной толщины между ними, чтобы обеспечить широкополосное поглощение радиолокационной энергии. При совмещении меньшие SRR (высокочастотные) в диапазоне сначала обращены к источнику радара (например, стопка пончиков, которые постепенно увеличиваются по мере удаления от источника радара) стопки по три было показано, что они эффективны в обеспечении широкополосного затухания. Технология SRR действует во многом так же, как просветляющие покрытия работают на оптических длинах волн [ сомнительно ] . Технология SRR обеспечивает наиболее эффективное подавление радаров из всех известных ранее технологий и является на шаг ближе к достижению полной невидимости (полная скрытность, «маскировка»). Работа также продолжается в области визуальных длин волн, а также инфракрасных волн (материалы, поглощающие лидар). [ нужна цитата ]
Радары работают в микроволновом диапазоне частот, который могут поглощать многостенные нанотрубки (МУНТ). Применение МУНТ к самолету приведет к поглощению радара и, следовательно, к уменьшению радиолокационного сечения . Одним из таких приложений может быть нанесение нанотрубок на плоскость. Недавно в Мичиганском университете была проведена некоторая работа по использованию углеродных нанотрубок в качестве технологии малозаметности на самолетах. Было обнаружено, что в дополнение к свойствам поглощения радиолокационных сигналов нанотрубки не отражают и не рассеивают видимый свет, что делает его практически невидимым в ночное время, что очень похоже на окраску современных самолетов-невидимок в черный цвет, только гораздо более эффективно. Однако текущие ограничения в производстве означают, что нынешнее производство самолетов с нанотрубками невозможно. Одна из теорий преодоления этих текущих ограничений состоит в том, чтобы покрыть небольшие частицы нанотрубками и суспендировать покрытые нанотрубками частицы в такой среде, как краска, которую затем можно наносить на поверхность, как на самолете-невидимке. [12]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )