Звукорадиопоглощающее покрытие

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к радиопоглощающим материалам и покрытиям.

Техническим результатом заявляемого технического решения является обеспечение возможности поглощения радиоволн в миллиметровом диапазоне при одновременном уменьшении габаритов покрытия.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом звукорадиопоглощающем покрытии, содержащем комбинированный слой, прилегающий к основе, выполненный из магнитного полимерного материала, и расположенный на нем внешний слой, отличающемся тем, что оба слоя содержат эластичную полимерную матрицу «Экопол РП», с наполнителем в виде грубодисперсного магнитного порошка в слое, прилегающем к основе, и с наполнителем мелкодисперсного магнитного порошка во внешнем слое. 1 с п. ф-лы и 4 илл.

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к радиопоглощающим материалам и покрытиям.

Известны радиопоглощающие материалы и покрытия, предназначенные для экранирования электромагнитных волн и ослабления воздействия собственных (внутренних) и сторонних (внешних) электромагнитных полей на элементы конструкций различных устройств, таких как компьютеры, электрические цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых радиоэлектронных систем и схем, в том числе информационных систем (ИС) и технических систем передачи информации (ТСПИ), в широком диапазоне частот - ВЧ, СВЧ и миллиметровом.

Из уровня техники известны различные конструкции многослойных поглощающих покрытий и материалов, снижающих отражение от поверхности предметов звуковых или электромагнитных волн.

Из патентов на изобретение РФ 2470425 (МПК H01Q 17/00 опубл. 20.12.2012), 2294948 (МПК C09D 5/32, опубл. 10.01.2006), 2107705 (МПК C09D 5/32, опубл. 27.03.1998), а также из патента на полезную модель 111061 (МПК В32В 15/04, опубл. 10.12.2011), известны радиопоглощающие материалы и покрытия, направленные на снижение уровня электромагнитных излучений от поверхностей элементов конструкций радиоэлектронных систем и объектов.

Известный из патента 2294948 многослойный радиопоглощающий материал, который используется для изготовления радиопоглощающего покрытия, содержит наполнитель, в виде нанопорошка магнитного сплава НК-29 и полимерную матрицу из поливинилбутироля.

Однако, при изготовлении данного многослойного покрытия необходима дополнительная обработка в магнитном поле. Кроме того, высокий коэффициент поглощения в нем достигается при размещении между слоями покрытия колец из константановой проволоки, что делает покрытие громоздким и усложняет технологию его изготовления.

Известный антирадарный радиопоглощающий материал, эластичного типа по патенту 2470425, предназначен для снижения радиолокационной контрастности летательных аппаратов и наземных объектов. Он представляет собой многослойную структуру со ступенчатым изменением по толщине диэлектрической или магнитной проницаемости. Каждый слой материала содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель из смеси полупроводниковых, электропроводящих и непроводящих частиц, при определенном процентном соотношении в каждом слое.

При изготовлении из этого радиопоглощающего материала многослойного покрытия используются различные концентрации порошкообразных наполнителей в составах слоев многослойной градиентной структуры материала, что усложняет технологический процесс нанесения.

Известный радиопоглощающий материал, но патенту 2107705, содержит в качестве полимерного связующего синтетический клей Элатон, на основе латекса, а в качестве магнитного наполнителя - порошкообразный феррит или карбонильное железо. Данный материал имеет высокие радиопоглощающие характеристики и используется для нанесения на поверхности объектов различной геометрии, изделий исследовательского, медицинского и бытового назначения.

Однако данный материал обладает недостаточной эффективностью поглощения радиоволн в миллиметровом диапазоне.

Наиболее близким аналогом данного технического решения является звукорадиопоглощающее многослойное покрытие, по патенту на полезную модель 111061.

Данное звукорадиопоглощающее многослойное покрытие выполнено из нескольких слоев плотного и пористого материала, то есть является комбинированным. Оно может содержать один или нескольких слоев, прилегающих к основе, выполненных из магнитного полимерного материала, и из внешнего слоя, расположенного на нем (них), выполненного из пористого полимерного материала, то есть из пористого звукопоглотителя.

Однако данное звукорадиопоглощающее покрытие имеет большую толщину покрытия, при которой затруднено его использование в корпусах и элементах вычислительных сетей, кроме того, он обладает низкой эффективностью поглощения радиоволн в миллиметровом диапазоне.

Техническим результатом заявляемого технического решения является обеспечение возможности поглощения радиоволн в миллиметровом диапазоне при одновременном уменьшении габаритов покрытия.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом звукорадиопоглощающем покрытии, содержащем комбинированный слой, прилегающий к основе, выполненный из магнитного полимерного материала, и расположенный на нем внешний слой, отличающемся тем, что оба слоя содержат эластичную полимерную матрицу «Экопол РП», с наполнителем в виде грубодисперсного магнитного порошка в слое, прилегающем к основе, и с наполнителем мелкодисперсного магнитного порошка во внешнем слое.

Основой для нанесения покрытия являются внешние или внутренние поверхности корпусов и элементов системного блока или укрывающего кофра и электрические соединительные провода.

Достижение технического результата указанными отличительными признаками можно пояснить следующим образом. Использование предлагаемого материала двухслойного покрытия, с магнитными наполнителями, различной дисперсности в отдельных слоях, позволяет снижать уровни высокочастотных электромагнитных излучений, включая излучение на гармониках миллиметрового диапазона передатчиков ИС и ТСПИ от элементов конструкций радиоэлектронных систем и объектов, являющихся излучателями электромагнитного поля, составляющие которого, модулированы по закону изменения информационного сигнала.

Это обеспечивается за счет того, что мелкодисперсный порошок обладает значительными рассеивающими и поглощающими свойствами в миллиметровом диапазоне волн и является входным согласующим слоем для слоя с грубодисперсным наполнителем, в результате обеспечивая поглощение в ВЧ и СВЧ диапазонах. Кроме того, по сравнению с прототипом конструкция имеет меньшую толщину, поскольку магнитные порошки размещены в полимерной матрице равномерно и, в то же время, в достаточном количестве для обеспечения поглощения.

Элементы, электрические цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых радиоэлектронных систем и схем постоянно находятся под воздействием электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих или наводящих в них значительные напряжения. Такое электромагнитное влияние на элементы электрической цепи приводит к паразитным связям и наводках, которые, в свою очередь, могут привести к образованию каналов утечки информации.

Каналы утечки информации в ТСПИ образуются за счет: наводок электромагнитных излучений элементов технических систем на соединительные линии и посторонние проводники, выходящие за пределы контролируемой зоны; просачивания информационных сигналов в цепи электропитания и заземления; внешних наводок электромагнитных излучений (ЭМИ) (навязывание) на элементы систем. Высокочастотные ЭМИ, включая излучение на гармониках, передатчиков ИС, в том числе электронных вычислительных сетей систем связи, модулированные информационным сигналом, могут перехватываться портативными средствами радиоразведки.

Таким образом, предлагаемое покрытие позволяет значительно уменьшить каналы утечки информации, при нанесении на соединительные провода и на поверхности корпусов и элементов вычислительных сетей, или их защитных укрытий - кофров.

Полезная модель иллюстрируется фиг.1-4 и примерами.

Структура предлагаемого покрытия показана на фиг.1., а на фиг.2-4 приведены таблицы результатов измерений наиболее весомых параметров предлагаемого покрытия.

Согласно фиг.1 предлагаемое покрытие содержит слой 1, па котором расположен внешний слой 2, при этом слой 1 прилегает к основе 3. Слои 1 и 2 содержат эластичную полимерную матрицу «Экопол РП» с наполнителями: крупнодисперсным 4 - в слое 1 и мелкодисперсным 5 - в слое 2.

На фиг.1 также показаны падающая электромагнитная волна (ЭМВ) 6 и отраженная ЭМВ 7.

Работа покрытия осуществляется следующим образом. На поверхность слоя 2, расположенного на слое 1 падает ЭМВ 6 ВЧ, СВЧ или миллиметрового диапазона. Электромагнитная волна, при падении на поверхность звукорадиопоглощающего покрытия частично проходит внутрь материала покрытия, за счет согласования волновых сопротивлений сред, где претерпевает процессы диссипации энергии, за счет внутренних переотражений от границ раздела сред и поглощений, за счет электромагнитных потерь, обусловленных составами композиций слоев с соответствующими электромагнитными параметрами.

Для слоя 1, расположенного на металлической поверхности (например, стенки системного блока компьютера), осуществляется поглощение в диапазонах ВЧ и СВЧ, за счет резонансных электромагнитных потерь, имеющих широкополосные дисперсионные характеристики в композиции слоя с грубодисперсным наполнителем. Слой 2, расположенный на слое 1, обеспечивает дополнительное согласование волновых сопротивлений (импедансов) сред. Электромагнитная волна, прошедшая до металлической основы 3 и отражаясь от нее, претерпевает снова электромагнитные потери и многократные отражения от границы слоя 2, увеличивающие уровень потерь. Для волн миллиметрового диапазона поглощение электромагнитной энергии осуществляется за счет рэлсевского рассеяния на мелкодисперсных магнитных частицах и за счет резонансных электромагнитных потерь композиции слоя 2.

Толщина покрытия не превышает 2,3 мм, материал покрытия эластичен и может быть нанесен в труднодоступных местах методом лаков и красок. В заводских условиях нанесение осуществляется пневматическим методом распыления непосредственно на защищаемые поверхности, в том числе на поверхности соединительных проводов, в лабораторных условиях кистью или шпателем.

Для реализации заявленного технического решения были изготовлены модельные образцы предлагаемого двухслойного звукорадиопоглощающего покрытия. Результаты измерений наиболее весомых параметров предлагаемого покрытия, приведенные в таблице (фиг.2), можно пояснить следующим образом.

Измерения трех модельных образцов покрытий, показывают высокий уровень поглощения (коэффициент отражения более 10 дБ) электромагнитной энергии в контрольных точках заявленного широкого частотного диапазона.

Наиболее сильное поглощение наблюдается у модельного образца покрытия 1, имеющего наибольшую толщину 2,3 мм. В слое 1, прилегающем к основе 3, используется смешанный тип крупнодисперсных ферромагнетиков с размерами частиц от 5,5 до 25 мк в эластичной полимерной матрице «Экопол РП», во внешнем слое 2 размер частиц ферромагнетика не превышает 100 нм.

В модельном образце 2 в слое 1, прилегающем к основе 3, используется ферритовый наполнитель с размерами частиц от 5 до 15 мк, во внешнем слое 2 размер частиц 41ерромагнетика также не превышает 100 нм, однако толщина покрытия меньше и составляет 2 мм. Это обусловлено большей величиной магнитных и диэлектрических потерь материала покрытия.

В модельном образце 3 в слое 1, прилегающем к основе 3, используется один тип ферромагнетика с большим разбросом размеров частиц от 3,5 до 35 мк и аналогичный состав внешнего слоя 2, но толщина покрытия, в соответствии с расчетными данными электромагнитных параметров состава выбрана 1,8 мм. Поглощение электромагнитной энергии удовлетворяет поставленным требованием, но несколько ниже, чем у первых двух.

Измерение коэффициентов отражения (ослабления) электромагнитных волн проводились на комплексе панорамных измерителях КСВ и ослабления:

Р2-61 (диапазон частот 8,24-12,05 ГТц), Р2-65 (диапазон частот 25,86-37,75 ГГц), Р2-13 7/1 (Диапазон частот 2,0-18,0 ГТц), Р2-124М (Диапазон частот 78,33-118,1 ГГц)

Метод приготовление состава на основе низковязкой полимерной матрицы «Экопол РП» и магнитных наполнителей включает смешивание компонентов и непосредственное нанесение методом пневматического распыления с помощью ручных или автоматических пистолетообразных краскораспылителей при комнатной температуре (20°С - 35°С) под высоким давлением (200-600 кПа) очищенного воздуха. Данный метод высокопроизводителен, обеспечивает хорошее качество поглощающих лакокрасочных покрытий па поверхностях различной формы;

Испытание на снижение уровня побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) проводились на технических средствах (ТС) с подводящими электрическими проводами и на ТС, укрытых кофром, которые были покрыты составом, соответствующим модельному образцу 3

Некоторые результаты измерений электромагнитных излучений по электрической составляющей электромагнитного поля с применением средств измерений и вспомогательного оборудования представлены на фиг.3 и фиг.4

На фиг.3 представлены результаты лабораторных исследований экранирования, с применением предлагаемого покрытия кабеля VGA и измерений ПЭМИ.

На фиг.4 представлены результаты лабораторных измерений электромагнитных излучений ТС с применением экранированного предлагаемым покрытием кофра.

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

- после экранирования кабеля наблюдается ослабления уровня сигнала на частотах свыше 500МГц и менее значительное ослабление на более низких частотах. По результатам расчета после экранирования предлагаемым покрытием наблюдается уменьшение размера контролируемой зоны в 2-3 раза.

- результаты измерений электромагнитных излучений ТС с применением экранирования при помощи кофра показали, что в случае, когда измерительная антенна располагалась вплотную к стойке с укрываемым ТС (генератором), наблюдаются значительное ослабление сигнала во всем диапазоне частот;

в случае расположения измерительной антенны на расстоянии 1 метра от стойки наблюдается значительное ослабление сигнала на частотах свыше 600 МГц;

при расположении измерительной антенны на расстоянии 3 метра от стойки наблюдается несколько меньшее ослабление сигнала во всем диапазоне частот.

Различные мощности генератора практически не повлияли на результаты измерений.

Звукорадиопоглощающее покрытие, содержащее комбинированный слой, прилегающий к основе, выполненный из магнитного полимерного материала, и расположенный на нем внешний слой, отличающееся тем, что оба слоя содержат эластичную полимерную матрицу «Экопол РП» с наполнителем в виде грубодисперсного магнитного порошка в слое, прилегающем к основе, и с наполнителем мелкодисперсного магнитного порошка во внешнем слое.