PL223793B1 - Panel pochłaniający promieniowanie elektromagnetyczne - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest panel pochłaniający promieniowanie elektromagnetyczne, przeznaczony do zastosowania w ochronie systemów elektronicznych przed zakłóceniami szerokopasmowymi wynikającymi z odbić od obiektów rozpraszających znajdujących się w sąsiedztwie tych systemów.

W zakresie paneli pochłaniających promieniowanie elektromagnetyczne znane są takie rozwiązania, jak panele Salisbury, czy Jaumann oraz rozwiązania będące ich niewielką modyfikacją. Najprostszą konstrukcją charakteryzuje się panel Salisbury [1-3], złożony z bezstratnego podłoża (separatora) wykonanego z materiału dielektrycznego oraz jednorodnej warstwy rezystywnej. Tak wykonany panel umieszczany jest na obiekcie odbijającym promieniowanie elektromagnetyczne, np. przewodzących elektrycznie konstrukcjach metalowych. Zasada działania panelu Salisbury polega na umieszczeniu stratnej elektrycznie warstwy rezystywnej w maksimum pola elektrycznego, tj. ćwierć fali od zwarcia wymuszonego przez ekranowaną powierzchnię przewodzącą. Jeśli rezystancja powierzchniowa zastosowanej warstwy rezystywnej jest równa impedancji fali padającej, uzyskujemy maksymalny poziom absorpcji. W przypadku powietrza, impedancja falowa wynosi 377 Ω. Panele Salisbury umożliwiają uzyskanie absorpcji poniżej -40 dB, co oznacza, że odbiciu ulega zaledwie 0,01% mocy fali padającej. Niestety, panele tego typu posiadają istotną wadę w postaci wąskiego zakresu pochłanianych częstotliwości, dla których grubość podłoża separującego bliska jest wspomnianej ćwiartce długości fali. W praktyce, panele Salisbury umożliwiają pochłanianie 1% (20dB) mocy padającej w paśmie nie większym niż 20-25% w stosunku do częstotliwości środkowej. W kontekście szybkiego rozwoju radiokomunikacji szerokopasmowej, szerokie pasmo pochłaniania staje się coraz ważniejszym czynnikiem ograniczającym zastosowanie paneli Salisbury. Drugim problemem związanym z tego typu panelami jest ich relatywnie duża grubość, zwłaszcza w niskich zakresach częstotliwości, co może ograniczać ich stosowanie w niektórych aplikacjach mobilnych (takich jak np. aeronautyka).

Rozwiązaniem eliminującym problem wąskiego pasma pracy jest panel Jaumann [4-6]. Panel ten ma postać wielu paneli Salisbury ułożonych w stos jeden na drugim. Liczba warstw (rozumianych jako połączenie separatora dielektrycznego i warstwy stratnej) zależy od wymaganej szerokości pasma pracy, przy czym im więcej warstw, tym pasmo pracy panelu jest szersze. Główną niedogodnością związaną z tego typu panelami, w dużej mierze ograniczającą ich zastosowanie, jest istotne zwiększenie całkowitej grubości panelu.

Istnieją również panele bazujące na konstrukcji typu Salisbury, w których dodatkowo wprowadzona została bezstratna powłoka dielektryczna o wysokiej przenikalności dielektrycznej, umieszczona na dodatkowej warstwie separatora znajdującej się powyżej warstwy rezystywnej [7]. Taka konstrukcja pozwala dość znacznie poszerzyć pasmo pracy, jednak przy jednoczesnym pogłębieniu wady wynikającej z dużej grubości całkowitej panelu, która znacząco przekracza klasyczne ćwierć długości fali.

Innym przykładem paneli absorbujących są panele wykorzystujące powierzchnię wysokoimpedancyjną (ang. high impedance surface) [8]. Taki panel składa się z bezstratnego separatora dielektrycznego, jednorodnej warstwy stratnej oraz powierzchni selektywnej częstotliwościowo (ang. frequency selective surface, FSS), wykonanej najczęściej w postaci struktur periodycznych z materiału przewodzącego, umiejscowionej między dwiema warstwami separatora. Tak wykonana konstrukcja umieszczana jest na przewodzącym obiekcie odbijającym. Umieszczenie takiej struktury w odpowiednio dobranej odległości od przewodzącego obiektu odbijającego pozwala, dzięki zjawisku transform acji impedancji, na uzyskanie powierzchni o bardzo wysokiej impedancji. W konsekwencji, grubość separatora nie musi wynosić ćwierć fali, co umożliwia zmniejszenie całkowitej grubości panelu pochł aniającego. Problemem przy tej konstrukcji jest jednak bardzo wąskie pasmo pracy.

Struktury selektywne częstotliwościowo są również wykorzystywane w innej niż przedstawiona w [8] konfiguracji, umożliwiającej jeszcze większe zmniejszenie grubości całkowitej panelu [9-10], Panel złożony jest z separatora dielektrycznego o grubości mniejszej niż ćwierć długości fali, przewodzącej struktury FSS naniesionej na separator oraz rezystorów skupionych umieszczonych pomiędzy elementami FSS. Taka konfiguracja pozwala wprawdzie na zmniejszenie grubości panelu w porównaniu z panelem Salibury, ale dziedziczy po nim charakter wąskopasmowy. Znane są również połączenia dwóch ostatnich konfiguracji [11].

Znane są konfiguracje paneli, w których pomijane są elementy rezystywne i wykorzystuje się j edynie struktury FSS wykonane z metalu, umieszczane na separatorze dielektrycznym [12]. Nadal jednak zasadniczą wadą takich paneli jest ich bardzo wąskie pasmo pracy.

PL 223 793 B1

W literaturze pojawiło się nowe rozwiązanie z zakresu paneli pochłaniających, mające strukturę panelu Salisbury, ale wykorzystujące struktury periodyczne wykonane z materiału rezystywnego [13]. Materiały rezystywne stosowane w tych aplikacjach charakteryzują się rezystancją powierzchniową o wartościach zbliżonych do 100 Ω, podczas gdy wcześniej wspomniane materiały przewodzące posiadają rezystancję powierzchniową poniżej 0,1 Ω. Odpowiedni dobór parametrów struktury periodycznej pozwala na uzyskanie dwóch rezonansów, wynikających z geometrii struktury rezystywnej oraz jej odległości od obiektu ekranowanego, które występują relatywnie blisko siebie na osi częstotl iwości. Dla częstotliwości rezonansowych impedancja panelu przyjmuje wartość czysto rzeczywistą, co przy odpowiednim doborze parametrów geometrycznych struktury periodycznej oraz jej rezystancji powierzchniowej, zapewnia dopasowanie panelu do wolnej przestrzeni i możliwie jak największą absorpcję. Zbliżone wartości obydwu częstotliwości rezonansowych skutkują dość dobrym dopasowaniem struktury w szerokim paśmie częstotliwości, które nazywane jest pasmem pochłaniania panelu.

Panele pochłaniające umieszczane są na obiektach odbijających falę elektromagnetyczną, która może zakłócać pracę systemów elektronicznych, takich jak na przykład systemy radarowe. Ze względu na różnorodność kształtu konstrukcji metalowych, panel pochłaniający powinien być elastyczny. Wiąże się to z koniecznością zastosowania odpowiedniego separatora dielektrycznego, jak również odpowiedniej warstwy przewodzącej/rezystywnej, co może okazać się problematyczne w przypadku struktur złożonych, takich jak te wykorzystujące rezystory czy też przewodzące struktury selektywne częstotliwościowo.

Elementem sprawiającym problemy w konstrukcji paneli pochłaniających z warstwą rezystywną jest uzyskanie warstwy o ściśle określonej rezystancji powierzchniowej. O ile parametr ten nie jest krytyczny w przypadku jednorodnych warstw rezystywnych, gdzie odchylenie wartości rezystancji o kilka procent powoduje podniesienie poziomu pochłaniania, utrzymując go jednak nadal na relatywnie dobrym poziomie, o tyle w przypadku paneli wykorzystujących niejednorodną warstwę rezystywną (rezystywną strukturę periodyczną) odchylenie rezystancji powierzchniowej nawet o 0,5% może powodować nadmierne podniesienie poziomu pochłaniania oraz zauważalne zawężenie pasma pochłaniania. Jeśli rezystancja powierzchniowa rezystywnej struktury periodycznej jest mniejsza od wartości optymalnej, część rzeczywista impedancji warstwy maleje w stosunku do impedancji falowej powietrza, a tym samym zmniejszeniu ulega poziom absorpcji fali elektromagnetycznej. Jeśli natomiast rezystancja powierzchniowa jest większa od optymalnej, miejsce zerowe części urojonej impedancji struktury rezystywnej ulega przesunięciu w stronę wyższych częstotliwości i częstotliwości rezonansowe ulegają zbliżeniu, co powoduje zawężenie pasma pochłaniania fali elektromagnetycznej.

Innym problemem jest uzyskanie warstwy stratnej o rezystancji powierzchniowej z zakresu kilkudziesięciu Ω, wymaganej w przypadku rezystywnych struktur periodycznych. Rezystancja ta jest trudna do uzyskania tradycyjnymi metodami, gdyż z jednej strony większość materiałów przewodzących ma znacznie niższą rezystancję powierzchniową, rzędu ηΩ, a z drugiej strony polimery domieszkowane materiałem przewodzącym pozwalają uzyskać rezystancję powierzchniową nie mniejszą niż kilkaset Ω. Szczegóły tego zagadnienia omówiono w [13]. Rezystancja powierzchniowa warstw, z których wykonane zostały rezystywne struktury periodyczne omawiane w [13] znacznie o dbiega od zadeklarowanej, diametralnie zmieniając właściwości paneli, które je wykorzystują. Oznacza to, że nie ma wypracowanych metod ścisłej kontroli wartości rezystancji powierzchniowej wykonywanych warstw rezystywnych oraz wskazuje na zasadnicze wady zastosowanych materiałów, mających zapewnić uzyskanie warstwy o wymaganej rezystancji powierzchniowej.

W uzyskaniu zakładanej rezystancji, istotne jest utrzymanie ciągłości warstwy. Wiele materiałów dostępnych komercyjnie nie utrzymuje wspomnianej ciągłości i jednorodności warstw rezystywnych, w wyniku czego rezystancja powierzchniowa może znacząco odbiegać od wartości deklarowanej przez producentów.

Celem wynalazku jest uzyskanie odpowiedniej konstrukcji panelu pochłaniającego promieniowanie elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości.

Panel będący przedmiotem wynalazku składa się z separatora dielektrycznego o względnej przenikalności dielektrycznej ε_Γ = 1,0-1,2 oraz niejednorodnej warstwy rezystywnej, którą stanowi co najmniej jedna warstwa kompozytu polimerowego zawierającego od 1-80% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy od 2-25 pm i grubości do 10 nm, naniesiona na cienką folię polimerową za pomocą techniki sitodruku.

Optymalna wartość rezystancji powierzchniowej R_S warstwy, z której wykonana jest niejednorodna struktura rezystywna mieści się w zakresie 20-30 Ω. Dla wybranej wartości rezystancji po4

PL 223 793 B1 wierzchniowej dobierane są optymalne wartości parametrów geometrycznych rezystywnej struktury periodycznej, tak aby umożliwić kompensację impedancji obiektu odbijającego w płaszczyźnie separ atora impedancją struktury rezystywnej.

Kompozytem polimerowym jest roztwór polimetakrylanu metylu (PMMA) w octanie karbinolu butylowego o stężeniu od 2% wag. do 10% wag. albo roztwór poliwęglanu (PC) w octanie karbitolu but ylowego o stężeniu od 5% wag. do 12% wag. Nadrukowana warstwa ma grubość od 10 do 13 pm, korzystnie 12 pm. Po nadrukowaniu warstwę utwardza się w temperaturze od 70°C do 350°C w czasie od 10 minut do 3 godzin. Na folii polimerowej nadrukowuje się jedną lub większą liczbę warstw kompozytu z płatkami grafenu, a liczba warstw jest zależna od żądanej wartości rezystancji powierzchniowej. W przypadku nanoszenia więcej niż jednej warstwy proces utwardzania prowadzi się każdorazowo po naniesieniu warstwy.

Jako separator dielektryczny wykorzystywany jest materiał piankowy, którego grubość uzależniona jest od impedancji niejednorodnej warstwy rezystywnej. Grubość separatora dielektrycznego powinna być wybrana tak, aby częstotliwość, dla której impedancja obiektu odbijającego w płaszczyźnie separatora przyjmuje wartość nieskończenie dużą, była zbliżona do miejsca zerowego części urojonej impedancji warstwy rezystywnej, w sposób zapewniający pełną kompensację tych dwóch składników dla dwóch częstotliwości pozostających ze sobą w stosunku co najmniej 2:1. W każdym prz ypadku grubość separatora jest mniejsza od ćwierć długości fali λ, gdzie λ jest długością fali elektromagnetycznej na częstotliwości środkowej pasma pracy panelu.

Korzystnie, stosuje się pianki polimetakryloimidowe, ale może być wykorzystany każdy rodzaj pianki, np. pianka posiadająca właściwości wygłuszeniowe.

W charakterze folii polimerowej korzystnie stosuje się: politereftalan etylenu, polichlorek winylu, polipropylen, polietylen, polimetakrylan metylu, poliwęglan.

Folia polimerowa z nadrukowaną strukturą rezystywną mocowana jest do separatora dielektrycznego za pomocą cienkiej warstwy kleju. Panel umieszczany jest na metalowym obiekcie odbijającym promieniowanie elektromagnetyczne.

Panel według wynalazku ma charakter elastyczny, przy czym zapewnienie elastyczności niejednorodnej warstwy stratnej jest dwustopniowe. Pierwszym z nich jest naniesienie warstwy rezystywnej na elastyczny materiał pośredni, który następnie zostanie przymocowany do separatora dielektrycznego. Elastyczność materiału pośredniego jest istotnym elementem zapewnienia elastyczności całego panelu. W tym celu wykorzystana została folia polimerowa o małej grubości, która wykazuje bardzo dobre właściwości elastyczne w porównaniu do klasycznie wykorzystywanych podłoży, takich jak szkło epoksydowe (FR4). Drugim warunkiem uzyskania elastyczności jest wykonanie niejednoro dnej warstwy rezystywnej z materiału, który wykazuje się dużą odpornością na zginanie. W tym celu wykorzystana została pasta polimerowa domieszkowana nanopłatkami grafenu. Testy wytrzymałościowe jednorodnych warstw rezystywnych wykonanych z takiej pasty wykazały dużą odporność na zginanie, zwłaszcza w porównaniu z innymi rodzajami domieszek (np. włókna węglowe, czy proszki przewodzące).

Uzyskanie warstwy rezystywnej o rezystancji powierzchniowej rzędu kilkudziesięciu Ω jest możliwe, dzięki wykorzystaniu pasty polimerowej domieszkowanej nanopłatkami grafenu. W przypadku domieszek w postaci proszków przewodzących, minimalne rezystancje powierzchniowe, możliwe do osiągnięcia, to około 5 mΩ. Znacznie lepiej sytuacja wygląda, jeśli domieszką są włókna/nanorurki węglowe, ze względu na ich duży współczynnik kształtu (ang. aspect ratio). Tym niemniej, własności mechaniczne takich kompozytów dla dużych poziomów domieszkowania, które umożliwiają redukcję rezystancji powierzchniowej do kilkudziesięciu Ω, drastycznie się pogarszają. Najlepsze właściwości okazują się posiadać pasty z płatkami grafenu, które również mają bardzo duży współczynnik kształtu, ale ze względu na swój planarny kształt w mniejszym stopniu ulegają splątaniu, co sprzyja podtrzymaniu dobrych własności mechanicznych pasty.

Wymagana ścisła kontrola wartości rezystancji powierzchniowej uzyskana została z wykorzystaniem opracowanej procedury nanoszenia warstwy, z której wykonywany jest wzór rezystywny panelu pochłaniającego. Procedura ta wykorzystuje nadruk struktury periodycznej z wykorzystaniem sitodruku, w którym wykorzystywana jest rezystywna pasta grafenowa. Kontrola wartości rezystancji dokonywana jest zarówno poprzez dobór stężenia płatków grafenu, jak i poprzez możliwość nadruku wielokrotnego. Jest to możliwe dzięki właściwości sitodruku zapewniającej, przy nadrukach wielowarstwowych, jednorodność całkowitej grubości nadrukowanej warstwy. Kolejnym stopniem kontroli rezystancji powierzchniowej niejednorodnej warstwy rezystywnej jest proces suszenia między kolejnymi

PL 223 793 B1 nadrukami. Czas i temperatura, w której wykonywany jest proces, wprowadzają dodatkowy stopień kontroli. Dzięki wykorzystaniu powyższej procedury wykonywania niejednorodnej warstwy rezystywnej uzyskiwana jest bardzo dobra powtarzalność wartości rezystancji powierzchniowej warstwy rezystywnej.

Panel według wynalazku został zaprojektowany tak, aby w możliwie szerokim zakresie częstotliwości różnica między impedancją falową panelu i impedancją falową wolnej przestrzeni była na tyle mała, aby zredukować współczynnik odbicia fali padającej na panel poniżej 1% (-20 dB).

Zasada działania panelu zaproponowanego w niniejszym zgłoszeniu opiera się na odpowiednim ukształtowaniu zależności częstotliwościowej warstwy rezystywnej, tak aby zapewnić kompensację zmian impedancji przetransformowanego obiektu odbijającego w szerokim paśmie częstotliwości. Kompensacja impedancji realizowana jest poprzez zastosowanie niejednorodnej warstwy rezystywnej w postaci struktury periodycznej. Poprzez odpowiedni dobór rezystancji powierzchniowej niejednorodnej warstwy rezystywnej oraz wymiarów geometrycznych jej elementu bazowego, część urojona impedancji kompensuje część urojoną przetransformowanej impedancji obiektu odbijającego, natomiast część rzeczywista jest zbliżona do impedancji wolnej przestrzeni. Podobnie jak w przypadku panelu Salisbury, niski poziom współczynnika odbicia osiągany jest również w wąskim paśmie wokół częstotliwości dopasowania. Poprzez odpowiedni dobór parametrów niejednorodnej warstwy rezystywnej i grubości separatora dielektrycznego uzyskiwana jest kompensacja impedancji na dwóch stosunkowo bliskich częstotliwościach, przez co uzyskuje się szersze pasmo pochłaniania fali elektromagnetycznej przez panel.

Z punktu widzenia prawidłowego funkcjonowania zaproponowanego panelu pochłaniającego fundamentalne jest wykonanie niejednorodnej struktury rezystywnej z warstwy materiału, którego rezystancja powierzchniowa może być ściśle kontrolowana.

Dla panelu według wynalazku uzyskuje się pasmo pochłaniania na poziomie -20 dB o szerokości większej niż oktawa. Dzięki szerokopasmowości zastosowaniem paneli mogą być systemy prac ujące na wielu częstotliwościach, w których istnieje prawdopodobieństwo zakłóceń sygnałami odbitymi od obiektów rozpraszających, znajdujących się w pobliżu tych systemów.

Przykładowe bazowe elementy geometryczne warstwy rezystywnej przedstawiono na figurach 1,2, 3 i 4 rysunku.

Zależność łącząca impedancję warstwy z jej parametrami geometrycznymi jest związana z kształtem warstwy i jest ustalana z uwzględnieniem zależności dotyczących zmiany parametrów geometrycznych warstwy rezystywnej. Na przykładzie warstwy rezystywnej, w której wykorzystano bazowy element geometryczny przedstawiony na fig. 1, zasady te w sensie jakościowym są następujące:

- zmniejszenie a powoduje zwiększenie części rzeczywistej impedancji warstwy w rozpatrywanym zakresie częstotliwości oraz przesunięcie miejsca zerowego części urojonej impedancji w kierunku wyższych częstotliwości;

zmniejszenie b powoduje zmniejszenie nachylenia krzywej części rzeczywistej impedancji warstwy oraz przesunięcie miejsca zerowego części urojonej impedancji w kierunku wyższych częstotliwości;

zmniejszenie c powoduje zwiększenie części rzeczywistej impedancji warstwy w rozpatrywanym zakresie częstotliwości oraz przesunięcie miejsca zerowego części urojonej impedancji w kierunku wyższych częstotliwości.

Przykładowy dobór parametrów dla warstwy składającej się z bazowych elementów geometrycznych przedstawionych na fig. 1:

dla R_s = 20 Ω, a = 4,5 mm, b = 2,45 mm, c = 0,75 mm;

dla R_s = 25 Ω, a = 4,4 mm, b = 2,90 mm, c = 0,90 mm;

dla R_s = 30 Ω, a = 4,0 mm, b = 3,30 mm, c = 1,10 mm.

Grubość separatora dielektrycznego uzależniona jest od impedancji niejednorodnej warstwy rezystywnej. Przykładowo dla warstw rezystywnych składających się z elementów bazowych przedstawionych na Fig. 1 i Fig. 2 rysunku parametry dobrane zostały następująco:

Figura 1: R_s = 22 Ω, a = 18,4 mm, b = 11,7 mm, c = 2,8 mm, grubość separatora wynosi 25 mm;

Figura 2: R_s = 25 Ω, a = 24,0 mm, b = 12,0 mm, c = 1,74 mm, grubość separatora wynosi 23 mm.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w przykładach.

P r z y k ł a d 1

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 13,5% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 25 pm w osnowie z 8% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku warstwy o grubości 10 nm na folii

PL 223 793 B1 z PET. Warstwę suszono w 120°C, w czasie 1 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig. 3. Parametry geometryczne wzoru: a = 15 mm, c = 5,5 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1,06, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 31 IG. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 24 Ω.

P r z y k ł a d 2

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 10% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 15 pm i grubości 10 nm, w osnowie z 8% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku dwóch warstw o grubości 12 pm na folii z PET. Po każdym nadruku warstwę suszono w 150°C, w czasie 0,5 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig 4. Parametry geometryczne wzoru: a = 18,7 mm, b = 10,4 mm, c = 5,5 mm, a1 = 6,4 mm, c1 = 2,7 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1,07, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 51 IG. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 23 Ω.

P r z y k ł a d 3

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 7% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 25 pm i grubości 10 nm, w osnowie z 12% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku trzech warstw o grubości 12 pm na folii z PCW. Po każdym nadruku warstwę suszono w 120°C, w czasie 1 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig. 4. Parametry geometryczne wzoru: a = 18,7 mm, b = 10,4 mm, c = 5,5 mm, a1 = 6,4 mm, c1 = 2,7 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1,04, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 31 HF. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 23 Ω.

P r z y k ł a d 4

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 12% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 25 pm i grubości 10 nm, w osnowie z 12% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku dwóch warstw o grubości 12 pm na folii z PET Po każdym nadruku warstwę suszono w 150°C, w czasie 1 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig. 1. Parametry geometryczne wzoru: a = 18,4 mm, b = 11,7 mm, c = 2,8 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1,07, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 51 HF. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 22 Ω.

P r z y k ł a d 5

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 13,5% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 25 pm i grubości 10 nm, w osnowie z 12% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku warstwy o grubości 12 pm na folii z PET. Po każdym nadruku warstwę suszono w 180°C, w czasie 1 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig. 2. Parametry geometryczne wzoru: a = 24 mm, b = 12 mm, c = 1,74 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1 ,08, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 51 WF. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 25 Ω.

P r z y k ł a d 6

Przygotowano kompozycję polimerową zawierającą 13,5% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy 25 pm i grubości 10 nm, w osnowie z 12% roztworu PMMA w OKB (octan karbitolu butylowego). Kompozycja ta została użyta do nadrukowania metodą sitodruku warstwy o grubości 12 pm na folii z PET. Po każdym nadruku warstwę suszono w 140°C, w czasie 3 h. Nadrukowany wzór przedstawiono na fig 2. Parametry geometryczne wzoru: a = 24 mm, b = 12 mm, c = 1,72 mm.

Folię z nadrukowaną warstwą rezystywną naklejono na separator dielektryczny o wartości względnej przenikalności dielektrycznej 1 ,06, wykonany z pianki polimetakryloimidowej ROHACELL 31 A. Rezystancja powierzchniowa warstwy wynosiła 24,5 Ω.

Cytowane publikacje:

[1] B. Chambers, „Optimum design of a Salisbury screen radar absorber”, Electronics Letters, vol. 30, No. 16, pp. 1353-1354, August 1994.

PL 223 793 B1

[2] R. L. Fante, M. T. McCormack, “Reflection properties of the Salisbury screen”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 36, No. 10, pp. 1443-1454, October 1988.

[3] P. G. Lederer, „Modelling of practical Salisbury screen absorbers”, IEE Colloquium on Low Profile Absorbers and Scatterers, pp. 1/1-1/4, May 1992.

[4] C. P. Neo, Y. J. Zhang, W. J. Koh, L. F. Chen, C. K. Ong, J. Ding, “Smith Chart approach to the design of multilayer resistive sheet”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 13, No. 1, pp. 24-26, January 2003.

[5] B. A. Munk, P. Munk, J. Pryor, “On designing Jaumann and circuit analog absorbers for oblique angle of incidence”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 55, No. 1, January 2007.

[6] L. Ke, Z. Xin, H. Xinyu, Z. Peng, “Analysis and design of multilayer Jaumann absorbers”, IEEE International Conference on Microwave Technology& Computational Electromagnetics 2011, pp. 81-84.

[7] B. Chambers and A. Tennant, “Characteristics of a Salisbury screen radar absorber covered by a dielectric skin”, Electronics Letters, vol. 30, No. 21, pp. 1797-1799, October 1994.

[8] F. Che Seman, R. Cahill and V. F. Fusco, “Low Salisbury screen radar absorber with high impedance ground plane”, Electronics Letters, vol. 45, No. 1, pp. 10-12, January 2009.

[9] J. Yang and Z. Shen, “A thin and broadband absorber using double square loops”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 6, pp. 388-391, December 2007.

[10] S. W. Simms, V.F. Fusco, “Thin radar absorber using artificial magnetic ground plane”, Proceedings of the 36^th European Microwave Conference, pp. 1167-1169, September 2006.

[11] F. Che Seman, R. Cahill and V. F. Fusco, “Performance enhancement of Salisbury screen absorber using a resistively loaded high impedance ground plane”, Proceedings of the Fourth Europ ean Conference on Antennas and Propagation (EuCAP) 2010, pp. 1-5, April 2010.

[12] O. Luukkonen, F. Costa, C. R. Simovski, A. Monorchio, S. A. Tretyakov, “A thin electromagnetic absorber for wide incidence angles and both polarizations”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 57, No. 10, pp. 3119-3125, October 2009.

[13] F. Costa, A. Monorchio, G. Manara, “Analysis and design of ultra thin electromagnetic absorbers comprising resistively loaded high impedance surface”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, No. 5, pp. 1551-1558 , May 2010.

Claims (13)

1. Panel pochłaniający promieniowanie elektromagnetyczne składający się z separatora dielektrycznego o niskiej względnej przenikalności dielektrycznej oraz niejednorodnej warstwy rezystywnej, znamienny tym, że warstwę rezystywną stanowi co najmniej jedna warstwa kompozytu polim erowego zawierającego od 1-80% wag. nanopłatków grafenowych o średniej średnicy od 2-25 gm i grubości do 10 nm, naniesiona na cienką folię polimerową za pomocą techniki sitodruku.

2. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że przenikalność dielektryczna separatora dielektrycznego wynosi ε_Γ = 1,0-1,2.

3. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa rezystywna ma grubość od 10 do 13 gm.

4. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość rezystancji powierzchniowej R_s warstwy rezystywnej wynosi 20-30 Ω.

5. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozytem polimerowym jest roztwór polimetakrylanu metylu (PMMA) w octanie karbinolu butylowego o stężeniu od 2% wag. do 10% wag. albo roztwór poliwęglanu (PC) w octanie karbitolu butylowego o stężeniu od 5% wag. do 12% wag.

6. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa kompozytu po nadrukowaniu jest utwardzona w temperaturze od 70°C do 350°C w czasie od 10 minut do 3 godzin.

7. Panel według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że w przypadku nanoszenia więcej niż jednej warstwy kompozytu kolejna warstwa jest nanoszona po utwardzeniu poprzedniej warstwy.

8. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że separatorem dielektrycznym jest materiał piankowy.

9. Panel według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że separatorem dielektrycznym jest pianka polimetakryloimidowa.

10. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość warstwy separatora dielektrycznego jest taka, aby częstotliwość, dla której impedancją obiektu odbijającego w płaszczyźnie separatora

PL 223 793 B1 przyjmuje wartość nieskończenie dużą, była zbliżona do miejsca zerowego części urojonej impedancji warstwy rezystywnej, w sposób zapewniający pełną kompensację tych dwóch składników dla dwóch częstotliwości pozostających ze sobą w stosunku co najmniej 2:1.

11. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość separatora jest mniejsza od ćwierć długości fali λ, gdzie λ jest długością fali elektromagnetycznej na częstotliwości środkowej pasma pracy panelu.

12. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że folia polimerowa jest folią z: politereftalanu etylenu, polichlorku winylu, polipropylenu, polietylenu, polimetakrylanu metylu, poliwęglanu.

13. Panel według zastrz. 1, znamienny tym, że folia polimerowa z nadrukowaną strukturą rezystywną umocowana jest do separatora dielektrycznego za pomocą cienkiej warstwy kleju.

Rysunki