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Cuando los ingenieros seleccionan materiales absorbentes de ondas electromagnéticas, los primeros parámetros del producto que ven suelen ser el pico de pérdida de reflexión y el ancho de banda de absorción efectivo. Pero la variable subyacente que determina estos dos valores es el mecanismo de pérdida del material, que determina qué banda de frecuencia de ondas electromagnéticas puede absorber el material y cuánto puede absorber bajo un espesor dado.
El mecanismo de pérdida se seleccionó incorrectamente, y no importa cuán alto sea el pico de pérdida de reflexión, no se puede resolver el problema real del ruido. La interferencia de acoplamiento de antena de una estación base de onda milimétrica 5G es completamente diferente del ruido de banda ancha de 30 MHz de un nuevo sistema de accionamiento eléctrico de energía, que requiere un mecanismo de pérdida completamente diferente.
Pérdida magnética y pérdida dieléctrica: dos mecanismos tienen sus propios límites
El material absorbente de ondas electromagnéticas atenúa la energía de las ondas electromagnéticas incidente a través de tres mecanismos principales: pérdida magnética, pérdida dieléctrica y pérdida de conducción. En la supresión del ruido de campo cercano en la banda de ghz, los dos primeros son los mecanismos dominantes.
Pérdida magnéticaProviene de la interacción entre el momento magnético del material y los componentes del campo magnético de las ondas electromagnéticas incidente, que incluyen la pérdida de estancamiento magnético, la pérdida de vórtice, la resonancia natural y la resonancia de intercambio. Los polvos magnéticos blandos (como carbonil hierro, fesial, ferritas) convierten la energía electromagnética en energía térmica a través de la resonancia de la pared de dominio y la resonancia natural en un campo magnético alternativo. La ventaja de los materiales de pérdida magnética es la fuerte capacidad de acoplamiento de los componentes del campo magnético en escenarios de campo cercano, que tiene un efecto de atenuación significativo en la banda de decenas de MHz a varios ghz. Sin embargo, los materiales de pérdida magnética se enfrentan a la restricción del límite de snoek: hay un límite superior en el producto de la parte real de la permeabilidad magnética y la frecuencia de resonancia, y aumentar la permeabilidad magnética de baja frecuencia conducirá a una disminución de la frecuencia de resonancia, lo que limita la capacidad de absorción de la Sección de alta frecuencia.
Pérdida dieléctricaSe deriva de la respuesta de polarización del material en el campo eléctrico alterna, incluyendo mecanismos como la polarización dipolar, la polarización de la interfaz y la polarización de defectos. Los materiales a base de carbono (como el óxido de Grafeno reducido, los nanotubos de carbono, mxene) y los polímeros conductores (como la Polianilina y el polipirrol) son materiales absorbentes típicos de pérdida dieléctrica. Los materiales de pérdida dieléctrica muestran mejores características de absorción de banda ancha en la banda de frecuencia más alta (banda X y superior), pero generalmente se enfrentan al problema del desajuste de resistencia cuando se utilizan solos: la constante dieléctrica demasiado alta hace que las ondas electromagnéticas se reflejen en gran medida en la superficie del material y no puedan entrar en el Interior para participar en la pérdida.
Sinergias en sistemas compuestos: de "un tramo por tubo" a "trabajo colaborativo"
La idea de diseño de los materiales absorbentes compuestos dieléctrico - magnético es integrar dos tipos de mecanismos de pérdida en el mismo sistema de materiales y romper el cuello de botella de un solo mecanismo a través de sinergias.
El primer nivel de beneficios de las sinergias se refleja en la mejora de la coincidencia de resistencia.Cuando la contribución de la pérdida magnética y la pérdida dieléctrica está cerca de la coincidencia, la resistencia de entrada del material está más cerca de la resistencia de la onda espacial libre (unos 377 omega), y las ondas electromagnéticas entran más fácilmente en el interior del material que se reflejan en la superficie. Esta condición de coincidencia no se puede lograr simplemente aumentando la pérdida magnética o la pérdida dieléctrica - la relación proporcional entre los dos es la clave.
El segundo nivel de beneficios de las sinergias proviene de la complementariedad de las rutas de pérdida.La fase de pérdida magnética atenúa el componente de campo magnético a través de la resonancia natural y la pérdida de vórtice, mientras que la red eléctrica disipa aún más la energía a través de la pérdida de conducción. En el sistema compuesto, las ondas electromagnéticas experimentan un proceso de "entrada - reflexión múltiple - absorción gradual", la ruta de transmisión se alarga y la eficiencia de absorción se mejora significativamente.
Bajo la baja cantidad de relleno, el rendimiento del sistema compuesto dieléctrico - magnético ya puede alcanzar un alto nivel. CEO Co@C Los materiales compuestos bidimensionales lograron un ancho de banda de absorción efectivo de 6,08 GHz cuando coincidieron con un espesor de 2,55 mm en una proporción de llenado del 15% en peso. La pérdida mínima de reflexión de algunos sistemas compuestos optimizados puede ser inferior a - 60 db, y el ancho de banda de absorción efectivo puede superar los 9 ghz.
Límites de ingeniería de tres tipos de sistemas de pérdida
La siguiente tabla resume las bandas de frecuencia aplicables, los espesores típicos y las características de la escena de diferentes tipos de materiales absorbentes desde la perspectiva del mecanismo de pérdida:
Los materiales de pérdida magnética dominan las bandas medias y bajas de frecuencia (1 MHz - 6 ghz). El componente magnético de campo cercano de esta banda de frecuencia es fuerte, y los materiales de alta permeabilidad pueden acoplarse y atenuar eficazmente la energía del campo magnético. Sin embargo, las frecuencias principales de ruido por encima de 2 - 3 GHz (como las bandas Wi - Fi y 5G Sub - 6) continúan aumentando la disminución de los rendimientos marginales de la permeabilidad magnética, en este momento es necesario introducir un mecanismo de pérdida dieléctrica para ampliar el ancho de banda de absorción efectivo.
La banda dominante de los materiales de pérdida dieléctrica es de 2 a 18 ghz, pero cuando se utilizan solos, generalmente requieren un mayor espesor para lograr una coincidencia de rendimiento en la banda de baja frecuencia. Las características ligeras de los aerogeles a base de carbono y las espumas de polímeros conductores las hacen tener ventajas de peso únicas en dispositivos portátiles y escenarios aeroespaciales, pero en escenarios que requieren adelgazamiento, los materiales de pérdida dieléctrica a menudo tienen dificultades para cumplir con los requisitos dobles de espesor y ancho de banda al mismo tiempo.
Al integrar dos tipos de mecanismos de pérdida, el sistema compuesto dieléctrico - magnético puede ampliar el ancho de banda de absorción efectivo manteniendo la coincidencia de resistencia. A medida que los equipos de comunicación 5g / 6g y computación de Ia evolucionan hacia bandas de mayor frecuencia, el valor de ingeniería de los sistemas compuestos continúa mejorando.
Tres juicios de ingeniería en la selección del modelo
Al enfrentar escenarios de aplicación específicos, los ingenieros recomiendan establecer una lógica de juicio en el siguiente orden.
Primero, determinar la banda de frecuencia y los atributos de campo cercano y lejano del ruido.
El ruido de campo cercano (como el chip, el convertidor dcdc, la radiación cerca del conector) está dominado por el componente de campo magnético, y se debe dar prioridad a los sistemas compuestos dominados por la pérdida magnética o la pérdida magnética. El problema de la radiación de campo lejano o el acoplamiento de antenas debe tener en cuenta la compatibilidad de resistencia y la capacidad de pérdida de banda ancha, y el sistema compuesto dieléctrico - magnético es una opción más estable. Si la banda objetivo cubre múltiples intervalos discontinuos (como cuando hay ruido de conmutación de cientos de MHz e interferencia inalámbrica de 2,4 ghz), el mecanismo de pérdida única es difícil de coincidir al mismo tiempo, por lo que es necesario seleccionar un sistema compuesto de banda ancha o adoptar un esquema de montaje segmentado.
En segundo lugar, se confirma la restricción dura del espacio disponible sobre el grosor
El principio de coincidencia de una cuarta parte de la longitud de onda determina la demanda rígida de espesor por absorción de baja frecuencia. En escenarios con espacio limitado, se debe dar prioridad a la selección de materiales con mayor conductividad magnética real para lograr la coincidencia de puntos de frecuencia objetivo con un espesor más delgado. Por ejemplo, los materiales con una conductividad magnética real de 200 pueden cubrir la banda de 100 MHz a 8 GHz a un espesor de 0,2 mm. Sin embargo, es necesario verificar al mismo tiempo si el aumento de la permeabilidad magnética va acompañado de un deterioro de la coincidencia de resistencia, que se puede juzgar preliminarmente examinando la relación MU / Epsilon del material en la banda objetivo.
En tercer lugar, evaluar el impacto de la temperatura en la estabilidad del mecanismo de pérdida
La permeabilidad magnética de los materiales con pérdidas magnéticas es sensible a la temperatura, y en el rango de trabajo de - 40 ° C a 125 ° c, el coeficiente de temperatura de permeabilidad magnética de los diferentes sistemas de materiales varía significativamente. Para aplicaciones con grandes fluctuaciones de temperatura ambiente, como la electrónica a bordo y las unidades de radiofrecuencia de la estación base, se debe prestar atención a los datos de estabilidad de los materiales en el rango de temperatura de trabajo. El cambio de temperatura tiene un impacto relativamente pequeño en la pérdida dieléctrica, pero la constante dieléctrica puede cambiar a altas temperaturas debido a la intensificación de la relajación de la polarización. Los materiales compuestos absorbentes / Poliimidas resistentes a altas temperaturas con estructuras en forma de escamas direccionales muestran excelentes propiedades absorbentes de radar en la banda de 1 a 8 ghz. después del tratamiento de alta temperatura de 450 ° C / 1h, los parámetros electromagnéticos varían menos cuando la proporción de dopaje es del 50% al 60%.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La serie de materiales absorbentes de ondas de la marca de platino de investigación cubre los tres modelos principales de xjy - mh100, xjy - mh150 y xjy - mh200, con una cobertura real de conductividad magnética ≥ 100 a ≥ 200, una cobertura de banda recomendada de 10 MHz a 18 ghz, un espesor estándar mínimo de 0,2 mm, un rango de temperatura de trabajo de - 40 ° C a 125 ° C y un nivel retardante de llama de ul94 V - 0.
La serie utiliza la tecnología de dispersión de orientación de polvo magnético blando nanocristalino en forma de escamas, combinada con el proceso de recubrimiento de superficie y el proceso de regulación de la constante dieléctrica, manteniendo la ventana de coincidencia de resistencia MU / Epsilon estable mientras mejora la permeabilidad magnética real y virtual. El producto admite pegatinas flexibles, Troquelado de precisión y compuesto multicapa, y los parámetros se pueden personalizar de acuerdo con la banda de frecuencia específica y las restricciones espaciales. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.