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Les premiers paramètres du produit que les ingénieurs voient lorsqu'ils choisissent un matériau absorbant les ondes électromagnétiques sont généralement le pic de perte par réflexion et la bande passante d'absorption effective. Mais la variable sous - jacente qui détermine ces deux valeurs est le mécanisme de perte du matériau - il détermine quelle bande d'ondes électromagnétiques le matériau peut absorber et combien il peut absorber à une épaisseur donnée.
Le mécanisme de perte est mal choisi et un pic plus élevé de perte par réflexion ne peut pas résoudre le problème réel du bruit. L'interférence couplée à l'antenne d'une station de base d'ondes millimétriques 5G, complètement différente du bruit large bande de 30 MHz d'un nouveau système de propulsion électrique à énergie, nécessite un mécanisme de perte.
Pertes magnétiques et diélectriques: les deux mécanismes ont des limites
Les matériaux absorbant les ondes électromagnétiques atténuent l'énergie des ondes électromagnétiques incidentes par trois mécanismes principaux: les pertes magnétiques, les pertes diélectriques et les pertes conductrices. Dans la suppression du bruit en champ proche dans la bande GHz, les deux premiers sont les mécanismes dominants.
Pertes magnétiquesDe l'interaction du moment magnétique du matériau avec les composantes du champ magnétique de l'onde électromagnétique incidente, qui comprend spécifiquement des processus tels que les pertes par hystérésis, les pertes par courants de Foucault, la résonance naturelle et la résonance d'échange. Les poudres magnétiques douces (par exemple, fer carbonyle, fesial, Ferrite) convertissent l'énergie électromagnétique en énergie thermique par résonance de paroi de domaine et résonance naturelle dans un champ magnétique alternatif. L'avantage des matériaux à perte magnétique réside dans la forte capacité de couplage des composantes du champ magnétique dans les scènes de champ proche, avec un effet d'atténuation important dans la bande de fréquences de plusieurs dizaines de MHz à plusieurs GHz. Mais les matériaux à perte magnétique sont confrontés à la contrainte de la limite de Snoek – il existe une limite supérieure au produit de la partie réelle de la Perméabilité magnétique par la fréquence de résonance, et l’augmentation de la Perméabilité magnétique à basse fréquence entraîne une baisse de la fréquence de résonance, limitant la capacité d’absorption dans les bandes de fréquences élevées.
Pertes diélectriquesProvenant de la réponse de polarisation du matériau dans un champ électrique alternatif, y compris des mécanismes tels que la polarisation dipolaire, la polarisation interfaciale et la polarisation par défaut. Les matériaux à base de carbone (tels que l'oxyde de Graphène réduit, les nanotubes de carbone, le mxene) et les polymères conducteurs (tels que la Polyaniline, le Polypyrrole) sont des matériaux absorbants typiques du type à perte diélectrique. Les matériaux à pertes diélectriques présentent de meilleures propriétés d'absorption à large bande dans les bandes de fréquences plus élevées (bande X et au - delà), mais sont souvent confrontés à des problèmes de désadaptation d'impédance lorsqu'ils sont utilisés seuls - une constante diélectrique trop élevée entraîne une réflexion massive des ondes électromagnétiques sur la surface du matériau, ce qui les empêche d'entrer dans les pertes internes.
Synergie des systèmes Composites: de « une section par tube » à « travailler ensemble »
L'idée de conception des matériaux composites absorbants diélectriques - magnétiques est d'intégrer deux types de mécanismes de perte dans le même système de matériaux, en brisant le goulot d'étranglement d'un seul mécanisme par effet synergique.
La première couche de gains de synergie se traduit par une amélioration de l'adaptation d'impédance.Lorsque les contributions des pertes magnétiques et diélectriques sont proches de l'adaptation, l'impédance d'entrée du matériau est plus proche de l'impédance des ondes vides libres (environ 377 Ω), et les ondes électromagnétiques pénètrent plus facilement à l'intérieur du matériau que d'être réfléchies en surface. Cette condition d'appariement ne peut pas être obtenue en augmentant simplement les pertes magnétiques ou diélectriques - la relation proportionnelle entre les deux est la clé.
La deuxième couche de gains de synergie provient de la complémentarité des chemins de pertes.La phase diélectrique atténue la composante du champ électrique par la polarisation dipolaire et la polarisation interfaciale, la phase de perte magnétique atténue la composante du champ magnétique par résonance naturelle et les pertes par courants de Foucault, et le réseau conducteur dissipe davantage l'énergie par les pertes par conduction. Dans un système composite, les ondes électromagnétiques subissent un processus d '« entrée - réflexion multiple - absorption progressive», le chemin de propagation est prolongé et l'efficacité d'absorption est considérablement améliorée.
Avec de faibles quantités de remplissage, les performances du système composite diélectrique - magnétique peuvent déjà atteindre des niveaux élevés. Ceo₂ / Co@C Le Composite bidimensionnel a atteint une bande passante d'absorption efficace de 6,08 GHz à une épaisseur de 2,55 mm pour un taux de remplissage de 15% en poids. Certains systèmes composites optimisés peuvent présenter des pertes par réflexion minimales inférieures à - 60 dB, avec une bande passante d'absorption effective supérieure à 9 GHz.
Limites techniques des systèmes de perte en trois catégories
Le tableau suivant résume les bandes de fréquences applicables, les épaisseurs typiques et les caractéristiques scéniques des différents types de matériaux absorbant les ondes du point de vue du mécanisme de perte:
Les matériaux à perte magnétique dominent les bandes de fréquences moyennes et basses (1 MHz - 6 GHz). La composante magnétique de champ proche de cette bande de fréquence est forte et les matériaux à haute Perméabilité magnétique sont capables de coupler et d'atténuer efficacement l'énergie du champ magnétique. Mais le gain marginal de continuer à augmenter la Perméabilité magnétique diminue dans les fréquences principales du bruit au - dessus de 2 - 3 GHz (comme les bandes Wi - fi et 5G Sub - 6), lorsque des mécanismes de perte diélectrique doivent être introduits pour élargir la bande passante d'absorption effective.
Les matériaux de type à perte diélectrique ont une bande de fréquence dominante de 2 à 18 GHz, mais ils nécessitent généralement une épaisseur plus importante lorsqu'ils sont utilisés seuls pour obtenir une adaptation des performances dans les bandes de fréquences inférieures. La légèreté des aérogels à base de carbone et des mousses polymères conductrices leur confère un avantage de poids unique dans les environnements wearables et aérospatiaux, mais les matériaux de type à pertes diélectriques ont souvent du mal à répondre simultanément à la double exigence d'épaisseur et de bande passante dans les scénarios nécessitant une minceur.
Le système composite diélectrique - magnétique, en intégrant deux types de mécanismes de perte, permet d'élargir la bande passante d'absorption efficace tout en conservant l'adaptation d'impédance. Alors que les communications 5G / 6g et les dispositifs de calcul de puissance ai évoluent vers des bandes de fréquences plus élevées, la valeur technique des systèmes composites continue d'augmenter.
Trois jugements d'ingénierie dans la sélection
Les ingénieurs, lorsqu'ils sont confrontés à des scénarios d'application spécifiques, recommandent d'établir une logique de jugement dans l'ordre suivant.
Premièrement, déterminer les propriétés de bande et de champ proche lointain du bruit
Le bruit de champ proche (par exemple, le rayonnement à proximité de la puce, du convertisseur dcdc, du connecteur) est dominé par les composantes du champ magnétique et la préférence doit être donnée aux systèmes composites de type à perte magnétique ou à perte magnétique. Les problèmes de rayonnement en champ lointain ou de couplage d'antenne nécessitent de combiner l'adaptation d'impédance et la capacité de perte à large bande, le système composite diélectrique - magnétique étant un choix plus robuste. Si la bande cible couvre plusieurs intervalles discontinus (comme en présence de bruits de commutation de plusieurs centaines de MHz et d'interférences sans fil de 2,4 GHz), un seul mécanisme de perte est difficile à adapter simultanément et nécessite le choix d'un système composite à large bande ou l'adoption d'un schéma de montage par segments.
Deuxièmement, confirmer la contrainte dure de l'espace disponible sur l'épaisseur
Le principe d'adaptation quart de longueur d'onde détermine le besoin de rigidité de l'épaisseur par absorption basse fréquence. Dans les scénarios où l'espace est restreint, la préférence doit être donnée aux matériaux dont la Perméabilité magnétique réelle est plus élevée pour obtenir une adaptation des points de fréquence cibles à des épaisseurs plus minces. Par exemple, un matériau dont la Perméabilité magnétique réelle atteint 200 peut couvrir la bande 100 MHz - 8 GHz sous une épaisseur de 0,2 mm. Mais une vérification simultanée est nécessaire: si une augmentation de la Perméabilité magnétique s'accompagne d'une dégradation de l'adaptation d'impédance, on peut juger à première vue en examinant le rapport μ / ε du matériau dans la bande de fréquence cible.
Troisièmement, évaluer l'effet de la température sur la stabilité du mécanisme de perte
La Perméabilité magnétique des matériaux à pertes magnétiques est sensible à la température, les coefficients de température de Perméabilité magnétique des différents systèmes de matériaux variant considérablement dans la plage de fonctionnement de - 40°C à 125°C. Pour les applications avec de grandes fluctuations de température ambiante telles que l'électronique embarquée, les unités RF de la station de base, etc., il convient de se concentrer sur les données de stabilité du matériau en μ 'et μ "dans la plage de température de fonctionnement. Les variations de température ont un effet relativement faible sur les pertes diélectriques, mais la constante diélectrique peut varier à haute température en raison de l'intensification de la relaxation de polarisation. Les composites absorbants / Polyimides résistants aux hautes températures avec une structure en feuille à étalement directionnel présentent d'excellentes propriétés d'absorption d'ondes radar dans la bande de fréquences 1 - 8 GHz, avec une faible variation des paramètres électromagnétiques à 50% - 60% de dopage après un traitement à haute température de 450 ° C / 1h.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdLa série de matériaux d'aspiration de marque Research Platinum couvre les trois modèles principaux xjy - mh100, xjy - mh150 et xjy - mh200, la partie réelle de la Perméabilité magnétique couvre ≥ 100 à ≥ 200, la bande de fréquence recommandée couvre 10 MHz - 18 GHz, l'épaisseur standard peut être aussi faible que 0,2 mm, La plage de température de fonctionnement - 40 ° C à 125 ° C, la classe ignifuge atteint UL94 V - 0.
La série utilise la technologie de dispersion d'orientation de poudre magnétique douce nanocristalline lamellaire combinée à un processus de revêtement de surface et de régulation de la constante diélectrique pour maintenir la fenêtre d'adaptation d'impédance μ / ε stable tout en augmentant les parties réelle et imaginaire de la Perméabilité magnétique. Le produit prend en charge le montage flexible, le découpage de précision et le Composite multicouche, qui peut être personnalisé en fonction des paramètres spécifiques de la bande de fréquence et des contraintes spatiales. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.