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Resumen
A partir de la Ley de evolución de los parámetros electromagnéticos en la Sección de alta frecuencia con la frecuencia, se analiza el fenómeno de transformación del mecanismo de atenuación de la pérdida dieléctrica por encima de 10 GHz y rápido aumento de la pérdida magnética. El artículo explica cómo el sistema de materiales se adapta a las características de esta banda de frecuencia, compara los límites aplicables de la estructura de metamateriales, aerogeles de Grafeno y materiales a base de ferrita en la Sección de alta frecuencia, y proporciona un marco de juicio para la selección de materiales absorbentes de alta frecuencia en ondas milimétricas 5G y escenarios de radar a bordo.
En la selección de materiales absorbentes de alta frecuencia, los ingenieros a menudo se encuentran con un fenómeno anti - intuitivo: un absorbedor de pérdida magnética con un excelente rendimiento en la banda de 2 - 6 GHz se cambia a un escenario de 24 GHz o 77 ghz, y el rendimiento de absorción disminuye drásticamente, incluso si aumenta el espesor, no se puede compensar.
El problema radica en la Dependencia de banda del mecanismo de pérdida. El peso del mecanismo de pérdida del mismo material en diferentes bandas de frecuencia cambiará fundamentalmente, y este cambio no siempre es intuitivo y visible.
Transformación del mecanismo de pérdida cerca de 10 GHz
En la banda de 2 - 10 ghz, la pérdida dieléctrica suele ser el mecanismo de atenuación dominante de los materiales absorbentes. La polarización de la interfaz y la polarización dipolar en materiales a base de carbono, polímeros conductores y sistemas compuestos contribuyen principalmente a la disipación de energía electromagnética en campos eléctricos alternativos.
Pero después de que la frecuencia superó los 10 ghz, el patrón se invirtió. Un estudio basado en aerogeles de carbono a base de almidón / materiales absorbentes compuestos de feconi mostró que en el rango de 2 a 10 ghz, tanto la sección transversal del ángulo de pérdida dieléctrica (tan Delta epsilon) como la sección transversal del ángulo de pérdida magnética (tan Delta micro) mostraron una tendencia al alza, y la pérdida dieléctrica fue significativamente mayor que La pérdida magnética, lo que indica que la banda estaba dominada por la pérdida dieléctrica. Por encima de los 10 ghz, la pérdida dieléctrica comienza a disminuir, mientras que la pérdida magnética aumenta rápidamente y se convierte en el principal mecanismo de pérdida.
La razón física de esta transformación es que las principales fuentes de contribución de la pérdida dieléctrica son la polarización dipolar y la polarización de la interfaz, que disminuyen la capacidad de estos mecanismos de polarización para seguir el campo eléctrico alterna a alta frecuencia, y el tiempo de relajación de polarización ya no coincide con el período de alta frecuencia, lo que resulta En una disminución de la pérdida dieléctrica con el aumento de la frecuencia. Al mismo tiempo, la resonancia natural y la resonancia de intercambio de materiales magnéticos a alta frecuencia comenzaron a dominar. El análisis del mecanismo de pérdida magnética de los compuestos feconi / SCA muestra que en la banda de 14 - 18 ghz, la resonancia de intercambio controla el comportamiento de pérdida magnética.
Para los ingenieros del material absorbente, este cambio de mecanismo significa que el diseño del material absorbente de alta frecuencia no puede simplemente "trasladar" la fórmula del material de pérdida magnética de baja frecuencia a la Sección de alta frecuencia, sino que necesita reajustar la composición del material y el diseño estructural de acuerdo con el peso de pérdida de la banda objetivo.
Tres rutas técnicas de materiales absorbentes de alta frecuencia
En respuesta a las necesidades de absorción de la banda de ondas milimétricas, actualmente hay tres tipos principales de rutas técnicas en ingeniería, cada una adecuada para diferentes escenarios.
La primera categoría son los absorbedores estructurales de metamateriales.
El absorbedor Metamaterial logra una absorción casi perfecta de ondas electromagnéticas a través de una unidad de resonancia periódica, cuya frecuencia de absorción está determinada por el tamaño geométrico de la unidad, no por los parámetros electromagnéticos propios del material. Un absorbedor de Metamaterial de doble frecuencia para comunicaciones de ondas milimétricas 5G logra una tasa de absorción del 99,71% a 24 GHz y una eficiencia de blindaje de 51,33 dbs; una tasa de absorción del 99,43% a 26 ghz, una eficiencia de blindaje de 46,7 DBS y un rendimiento que no se ve afectado por el ángulo de polarización. Las ventajas de los absorbedores de metamateriales son su espesor extremadamente delgado y fuerte pico de absorción, que es adecuado para escenarios de inhibición EMI a nivel de chip o módulo con espacio limitado. Sin embargo, su ancho de banda de absorción suele ser estrecho y es necesario diseñar con precisión el tamaño de la unidad para la frecuencia objetivo.
La segunda categoría son los absorbentes ligeros a base de carbono
Los aerogeles de Grafeno proporcionan una variedad de vías de atenuación inherentes con redes porosas tridimensionales y ricos grupos funcionales que contienen oxígeno. Sin embargo, El aerogel de Grafeno puro tiene un ancho de banda de absorción efectivo limitado, solo 6,46 GHz (11,54 - 18,00 ghz) a un espesor de 1,95 mm, y la falta de componentes de pérdida magnética limita su capacidad de absorción en bandas de baja frecuencia. Al acoplar El aerogel de Grafeno a la resonancia inducida por la estructura, un absorbedor de Metamaterial a base de aerogel de Grafeno con configuración de plataforma piramidal apilada logró un ancho de banda de absorción efectivo de 40,7 GHz (9,1 - 49,8 ghz), cubriendo un rango de frecuencia ultra amplio de la banda X a la banda V y manteniendo una absorción estable En un ángulo de incidencia de ± 70 °. El valor de ingeniería de este tipo de materiales es tener en cuenta la cobertura ligera y de banda ultra ancha, adecuada para escenarios sensibles al peso, como drones y aeroespacial.
La tercera categoría son los materiales a base de ferritas.
La ferrita hexagonal de tipo M mejora la absorción a través de la resonancia ferromagnética en la banda de ondas milimétricas, mientras que puede integrar la función de control de haz. Un trabajo de revisión analiza sistemáticamente las aplicaciones multifuncionales de la ferrita en forma de m en la absorción de ondas milimétricas y el control de haces, haciendo especial hincapié en el papel de la ferrita en los mecanismos de resonancia ferromagnética y captura de ondas superficiales. Este tipo de materiales son adecuados para escenarios complejos que requieren absorción simultánea y regulación de ondas electromagnéticas, como estaciones terrestres y sistemas de comunicación por satélite de redes no terrestres (ntn).
La siguiente tabla resume las características aplicables de tres rutas técnicas en la banda de ondas milimétricas:
Verificación de ingeniería del radar de ondas milimétricas a bordo
El radar de ondas milimétricas a bordo de 77 GHz es uno de los escenarios de aplicación de ingeniería más típicos de materiales absorbentes de alta frecuencia. El tamaño del módulo de radar suele ser de unos 5 × 5 centímetros, y el espacio interior es extremadamente limitado, mientras que la frecuencia de trabajo es de hasta 77 ghz, lo que puede producir fácilmente señales autoexcitadas en la cavidad, lo que afecta el funcionamiento normal de los canales de recepción y transmisión.
Para este escenario, el material absorbente flexible de alta pérdida puede proporcionar un valor de atenuación de más de 70 DB / CM a una frecuencia de 77 ghz, absorbiendo efectivamente la señal autoexcitada producida por el radar de ondas milimétricas. El otro tipo de esquema utiliza partículas PBT absorbentes de ondas y carcasa de radar para moldeo por inyección, mostrando buenas características de absorción de ondas electromagnéticas en la banda de 77 ghz, que puede absorber eficazmente la señal del lóbulo lateral de la antena de desorden, reducir la interferencia electromagnética y mejorar la sensibilidad de reconocimiento del radar.
Estos casos de ingeniería muestran que la selección de materiales absorbentes de alta frecuencia no solo puede centrarse en la curva de pérdida de reflexión de laboratorio, sino que también necesita evaluar la capacidad de atenuación de los materiales en el tamaño real del módulo y las condiciones de montaje.
Tres juicios de ingeniería en la selección del modelo
Primero, confirmar el peso del mecanismo de pérdida del material en la banda objetivo
Se requiere que los proveedores proporcionen datos de corte de ángulo de pérdida dieléctrica y Corte de ángulo de pérdida magnética para la banda objetivo, en lugar de proporcionar solo curvas de pérdida de reflexión. Si la frecuencia objetivo supera los 10 GHz y el material sigue dominado por la pérdida dieléctrica, el rendimiento de absorción puede no cumplir con las expectativas. El material absorbente de alta frecuencia ideal debe lograr la coordinación de dos mecanismos de pérdida en la banda objetivo, en lugar de inclinarse extremadamente hacia uno.
En segundo lugar, evaluar el valor real de atenuación del material en la banda milimétrica
El Pico de la curva de pérdida de reflexión puede aparecer en una frecuencia específica y en condiciones de prueba específicas, mientras que el ángulo de incidencia y el Estado de polarización de las ondas electromagnéticas en escenarios de ingeniería a menudo son diferentes de las pruebas de laboratorio. Para aplicaciones de alta frecuencia como 77 ghz, se debe exigir a los proveedores que proporcionen valores de atenuación (db / cm o DB / mm) bajo esta banda de frecuencia, en lugar de proporcionar solo datos de pérdida de reflexión. El valor de atenuación refleja más directamente la capacidad de absorción de ondas electromagnéticas del material por unidad de espesor, y la correlación con el efecto real de la ingeniería es más fuerte.
En tercer lugar, preste atención a la estabilidad de polarización y estabilidad de ángulo de las estructuras metamateriales.
Si se elige un absorbedor estructural de metamaterial, se debe confirmar su retención de rendimiento en diferentes ángulos de polarización e incidencia. Algunos absorbedores de metamateriales se desempeñan bien en la incidencia vertical, pero la absorción disminuye drásticamente en condiciones de incidencia oblicua o polarización cruzada. El diseño de metamateriales estables en ángulo amplio (como mantener una absorción estable en un rango de ± 70 °) es más confiable en escenarios como el radar a bordo y la antena de la estación base.
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 y una banda de frecuencia recomendada de 10 MHz a 40 ghz, de los cuales los modelos de alta frecuencia han optimizado La fórmula para las características del mecanismo de pérdida de la banda de ondas milimétricas.
El espesor estándar del producto puede alcanzar un mínimo de 0,2 mm, el rango de temperatura de trabajo es de - 40 ° C a 150 ° c, y el nivel retardante de llama alcanza ul94 V - 0, que admite montaje flexible, Troquelado de precisión y compuesto multicapa. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.