El problema de la sinergia multibanda de los materiales absorbentes de ondas electromagnéticas: cómo el sistema de antena logra "transmisión de ondas a través de la banda y absorción fuera de la banda"

En el diseño de compatibilidad electromagnética de los sistemas electrónicos, hay un escenario con contradicciones de diseño a largo plazo: la antena necesita enviar y recibir señales de manera eficiente dentro de su banda de trabajo, pero el ruido electromagnético ambiental fuera de la banda de Trabajo necesita ser suprimido. El blindaje metálico tradicional puede bloquear la interferencia fuera de la banda, pero bloqueará la señal de desconexión de la banda al mismo tiempo; Los materiales absorbentes tradicionales pueden absorber la interferencia fuera de la banda, pero el medio de pérdida también introducirá pérdidas de inserción en la banda de paso para reducir la eficiencia de la antena.

Esta contradicción es particularmente prominente en los radomos de radar y las antenas de comunicación de banda ancha. El radome de la superficie de selección de frecuencia metálica tradicional (fss) se basa en la forma geométrica para reflejar la señal fuera de banda lejos de la dirección de las ondas entrantes, pero con el desarrollo de radares multibase y tecnología anti - sigilo, la superficie de selección de frecuencia reflectante aumenta el riesgo de detección. La mejor solución es absorber la señal fuera de banda en lugar de reflejarla. El absorbedor selectivo de frecuencia (fsr) es el camino tecnológico desarrollado para resolver este problema. Su objetivo de diseño se puede resumir en una frase: dejar que las ondas electromagnéticas se transmitan con baja pérdida dentro de la banda de frecuencia designada y absorber las ondas electromagnéticas en lugar de reflejarlas fuera de la banda de frecuencia.

Principio de funcionamiento de la estructura integrada de absorción

La estructura central del absorbedor de selección de frecuencia consta de dos capas funcionales: la capa de pérdida en la parte superior y la capa de selección de frecuencia en la parte inferior.

La capa de pérdida generalmente se compone de una película de resistencia o un patrón conductor, que presenta características de absorción de ondas electromagnéticas fuera de la banda. La capa de selección de frecuencia de paso de banda se encuentra debajo de la capa de pérdida, mostrando una ventana de transmisión para las ondas electromagnéticas de la frecuencia de paso de banda, y mostrando características de reflexión para las ondas electromagnéticas de la frecuencia fuera de banda. El "reflejo" aquí no es reflejar las ondas electromagnéticas de nuevo en el espacio libre, sino reflejar las ondas electromagnéticas residuales que penetran en la capa de pérdida para que vuelvan a ser absorbidas por segunda vez a través de la capa de pérdida. Este proceso múltiple de "absorción - reflexión - reabsorber" mejora significativamente la eficiencia de atenuación de las ondas electromagnéticas fuera de banda.

La estructura compuesta de metamateriales de doble capa propuesta por el equipo del Profesor Kong Jie de la Universidad Politécnica del Noroeste es un representante típico de esta idea de diseño. El equipo de investigación combinó absorbedores de metamateriales tridimensionales con superficies seleccionadas por frecuencia para construir un sistema compuesto con funciones de transmisión de baja frecuencia y absorción de alta frecuencia. El espesor total de la estructura es de solo 6 mm, la transmisión de señal de alta eficiencia se realiza en la banda de 3,5 a 7 ghz, y la absorción de ondas electromagnéticas de alta eficiencia se realiza en la banda de 12 a 18 ghz. el ancho de banda integral y el espesor son mejores que los absorbedores selectivos de frecuencia existentes. Su mecanismo de absorción de ondas puede reducir considerablemente la sección transversal dispersa del radar y es de gran importancia para hacer frente a los sistemas de radar bidimensionales / multibases.

Superficie de selección de energía: teniendo en cuenta la protección de alta potencia y la absorción fuera de banda

Otra ruta técnica del absorbedor de selección de frecuencia es introducir la función de selección de energía. La superficie de selección de energía (ess) puede cambiar adaptativamente el modo de trabajo de acuerdo con la Potencia de las ondas electromagnéticas incidente: mantener el modo de transmisión cuando la señal de baja potencia entra, y mejorar automáticamente la eficiencia de blindaje cuando la microondas de alta potencia entra.

Un diseño representativo de ESS logra la integración de la protección adaptativa y la absorción fuera de banda introduciendo una capa de absorción de resonancia bimodal en la parte superior. Dentro de la banda de 1,88 - 2,47 ghz, la pérdida de inserción es inferior a 1,5 db; en el segmento de frecuencia fuera de banda de 7,8 - 23,18 ghz, la tasa de absorción supera el 90%. Cuando se irradia con microondas de alta potencia, la eficiencia de blindaje en la banda de paso se mejora a más de 30 db, manteniendo al mismo tiempo una capacidad de absorción efectiva en el rango de 7,5 - 22,9 ghz. Esta característica adaptativa de potencia le da un valor único en escenarios que requieren una respuesta simultánea a las interferencias electromagnéticas convencionales y las amenazas de microondas de alta potencia.

Otro esquema combina la superficie de selección de energía con la capa de pérdida y utiliza la respuesta no lineal del Semiconductor P - I - n para lograr las características conmutables de la banda de paso y la banda de bloqueo. Bajo la incidencia de baja potencia, se logra una baja pérdida de inserción de 0,9 DBS a 3,58 GHz y una absorción de banda ultra ancha en el rango de 5,87 - 17,88 ghz. Cuando la intensidad del campo de incidencia supera los 740 V / m, la Potencia de transmisión de la banda de paso disminuye rápidamente y la eficiencia máxima de blindaje alcanza los 18 db. esta característica de "blindaje transparente en tiempos ordinarios y cuando amenaza" proporciona una solución factible de ingeniería para equilibrar la protección de microondas de alta potencia con el sigilo electromagnético.

Límites aplicables a diferentes tipos de FSR

Los absorbedores selectivos de frecuencia se pueden dividir en varios tipos de configuraciones diferentes de acuerdo con la posición relativa de la banda de paso y la banda de absorción:

Tipo de banda de paso en alta frecuencia y Banda de absorción en baja frecuencia, adecuado para escenarios en los que la banda P / L necesita ser absorbida y la banda C / X / ku necesita ser transmitida. Un diseño FSR ultraminiaturizado logra una absorción superior al 90% en el rango de 500 MHz a 2,25 GHz (127,3% de ancho de banda relativo), mientras que en el rango de 4,6 a 13,8 GHz se logra un ancho de banda de transmisión de - 1 db. El tamaño de la unidad de esta estructura es de solo 0026 Lambda l × 0026 Lambda l × 0,10 Lambda l, que es adecuado para la reducción RCS de baja frecuencia y la supresión EMI de sistemas de antenas de banda ultra ancha.

Tipo de banda de paso en baja frecuencia y Banda de absorción en alta frecuenciaSe aplica a escenas que requieren comunicación de baja frecuencia y Sigilo de alta frecuencia. La estructura de metamateriales de doble capa mencionada anteriormente pertenece a esta categoría, con una banda de paso de baja frecuencia que cubre 3,5 - 7 GHz y una banda de absorción de alta frecuencia que cubre 12 - 18 ghz.

La siguiente tabla resume las características funcionales de los diferentes tipos de absorbedores de selección de frecuencia:

Tres juicios en la selección de Ingeniería

Para los escenarios que requieren la integración de la función integrada de absorción en el sistema de antenas, se recomienda dar prioridad a la confirmación de los siguientes tres puntos al seleccionar el modelo.