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Introduction
En partant de la loi d'évolution des paramètres électromagnétiques de la bande haute en fonction de la fréquence, on analyse le phénomène de transition mécanique dans lequel les pertes diélectriques s'atténuent au - dessus de 10 GHz alors que les pertes magnétiques augmentent rapidement. L'article explique comment le système de matériaux s'adapte à cette caractéristique de bande de fréquences, en comparant les limites applicables aux structures de métamatériaux, aux aérogels de Graphène et aux matériaux à base de ferrite dans les bandes de fréquences élevées, et fournit un cadre de jugement de choix pour les matériaux absorbants à haute fréquence dans les scénarios d'ondes millimétriques 5G et de radars embarqués.
Parmi les options de matériaux absorbant les ondes à haute fréquence, les ingénieurs rencontrent souvent un phénomène contre - intuitif: une lame absorbante à perte magnétique qui excelle dans la bande de fréquences 2 - 6 GHz, passant à des scénarios 24 GHz ou 77 GHz où les performances d'absorption diminuent considérablement et ne peuvent pas être compensées même par Une épaisseur accrue.
Le problème est la dépendance en bande du mécanisme de perte. Le poids du mécanisme de perte d'un même matériau dans différentes bandes de fréquences change radicalement, et ce changement n'est pas toujours visible visuellement.
Transition du mécanisme de perte autour de 10 GHz
Dans la bande 2 - 10 GHz, les pertes diélectriques sont généralement le mécanisme d'atténuation dominant des matériaux absorbants. La polarisation interfaciale, la polarisation dipolaire dans les matériaux à base de carbone, les polymères conducteurs et les systèmes composites contribuent à la principale dissipation d'énergie électromagnétique dans les champs électriques alternatifs.
Mais après des fréquences supérieures à 10 GHz, le paysage s’inverse. Une étude basée sur des matériaux composites absorbants d'ondes à base d'aérogel de carbone à base d'amidon / feconi a montré une tendance à la hausse à la fois de la tangente de l'angle de perte diélectrique (tanδε) et de la tangente de l'angle de perte magnétique (tanδµ) dans la gamme 2 - 10 GHz, avec des pertes diélectriques significativement plus élevées que les pertes magnétiques, ce qui indique que cette bande est dominée par les pertes diélectriques. Au - dessus de 10 GHz, les pertes diélectriques commencent à diminuer, tandis que les pertes magnétiques augmentent rapidement et deviennent le principal mécanisme de perte.
La raison physique de cette transition réside dans le fait que: les sources contributives des pertes diélectriques sont principalement la polarisation dipolaire et la polarisation interfaciale, ces mécanismes de polarisation ayant une capacité décroissante à suivre le champ électrique alternatif aux hautes fréquences, les temps de relaxation de polarisation ne correspondent plus aux périodes hautes fréquences, ce qui entraîne une atténuation des pertes diélectriques avec la montée en fréquence. Dans le même temps, la résonance naturelle et la résonance d'échange des matériaux magnétiques aux hautes fréquences commencent à dominer. L'analyse du mécanisme de perte magnétique des composites feconi / SCA montre que dans la bande 14 - 18 GHz, la résonance d'échange contrôle le comportement de perte magnétique.
Pour les ingénieurs des matériaux absorbants, ce changement de mécanisme signifie que: la conception des matériaux absorbants à haute fréquence ne peut pas simplement « translator» la formulation des matériaux à basse fréquence à perte magnétique à la bande haute, mais nécessite un réajustement de la composition du matériau et de la conception structurelle en fonction du poids de perte de La bande cible.
Trois voies techniques pour les matériaux absorbant les ondes à haute fréquence
Pour répondre aux besoins d'absorption de la bande d'ondes millimétriques, il existe actuellement trois catégories principales de voies techniques sur le plan de l'ingénierie, chacune adaptée à différents scénarios.
La première catégorie est les absorbants de type Structural Métamatériau
L'absorbant Métamatériau permet une absorption quasi parfaite des ondes électromagnétiques au moyen d'une cellule à résonance périodique dont la fréquence d'absorption est déterminée par les dimensions géométriques de la cellule et non par les paramètres électromagnétiques intrinsèques du matériau. Un absorbeur de Métamatériau bi - bande pour les communications mmwave 5G atteint une absorption de 99,71% à 24 GHz avec une efficacité de blindage de 51,33 DB; 99,43% à 26 GHz avec une efficacité de blindage de 46,7 DB, et les performances ne sont pas affectées par l'angle de polarisation. L'avantage de l'absorbant de Métamatériau est l'épaisseur extrêmement mince, le pic d'absorption fort, adapté aux scènes d'inhibition EMI au niveau de la puce ou du module à espace limité. Mais sa bande passante d'absorption est généralement étroite et nécessite une conception précise de la taille de l'unité pour la fréquence cible.
La deuxième catégorie est les absorbants légers à base de carbone
Les aérogels de Graphène offrent une variété de voies d'atténuation intrinsèques grâce à un réseau poreux tridimensionnel et à une abondance de groupes fonctionnels oxygénés. Cependant, la bande passante d'absorption effective de l'aérogel de Graphène pur est limitée, à seulement 6,46 GHz (11,54 - 18,00 GHz) à 1,95 mm d'épaisseur, et l'absence de composants de perte magnétique limite sa capacité d'absorption dans les basses bandes de fréquences. En couplant l'aérogel de Graphène à une résonance induite par la structure, un absorbeur de Métamatériau à base d'aérogel de Graphène dans une configuration à cône empilé atteint une bande passante d'absorption effective de 40,7 GHz (9,1 - 49,8 GHz), couvrant une très large gamme de fréquences de la bande X à la bande V, et maintient une absorption stable à un angle d'incidence de ± 70°. La valeur technique de ce type de matériau réside dans la combinaison d'une couverture légère et ultra large bande, adaptée aux scénarios sensibles au poids tels que les drones, l'aérospatiale, etc.
La troisième catégorie est les matériaux à base de ferrite
La Ferrite hexagonale de type m améliore l'absorption par résonance ferromagnétique dans la bande des ondes millimétriques, tout en pouvant intégrer des fonctions de contrôle du faisceau. Un article de synthèse analyse systématiquement l'application multifonctionnelle de la ferrite de type M dans l'absorption des ondes millimétriques et le contrôle des faisceaux, en mettant l'accent sur le rôle de la ferrite dans les mécanismes de résonance ferromagnétique et de capture des ondes de surface. Ce type de matériau convient aux scénarios complexes nécessitant la mise en œuvre simultanée de l'absorption et de la régulation des ondes électromagnétiques, tels que les stations terriennes de réseaux non terrestres (NTN) et les systèmes de communication par satellite.
Le tableau ci - dessous résume les caractéristiques applicables aux trois voies techniques dans la bande des ondes millimétriques:
Validation technique du radar à ondes millimétriques embarqué
Le radar à ondes millimétriques embarqué de 77 GHz est l'un des scénarios d'application d'ingénierie les plus typiques pour les matériaux absorbant les ondes à haute fréquence. Les modules Radar, dont la taille est généralement de l'ordre de 5 × 5 cm et l'espace intérieur extrêmement limité, fonctionnent à des fréquences allant jusqu'à 77 GHz et sont extrêmement sensibles à la génération de signaux auto - excités à l'intérieur de la cavité, ce qui affecte le bon fonctionnement des canaux de réception et d'émission.
Pour ce scénario, les matériaux absorbants flexibles à pertes élevées peuvent fournir des valeurs d'atténuation supérieures à 70 DB / cm à la fréquence de 77 GHz, absorbant efficacement les signaux d'auto - excitation générés par les radars à ondes millimétriques. Un autre type de programme utilise des particules PBT absorbantes co - injectées avec le boîtier du radar, présentant de bonnes caractéristiques d'absorption des ondes électromagnétiques dans la bande de fréquences de 77 GHz, peut absorber efficacement le signal de lobe secondaire de l'antenne, réduire les interférences électromagnétiques et améliorer la sensibilité d'identification radar.
Ces cas techniques illustrent que le choix du matériau absorbant les ondes à haute fréquence ne peut pas se concentrer uniquement sur la courbe de perte par réflexion du laboratoire, mais doit également évaluer la capacité d'atténuation du matériau dans les conditions réelles de dimensionnement et d'assemblage du module.
Trois jugements d'ingénierie dans la sélection
Premièrement, confirmer le poids du mécanisme de perte du matériau dans la bande cible
Les fournisseurs sont tenus de fournir des données de tangente d'angle de perte diélectrique et de tangente d'angle de perte magnétique pour la bande cible plutôt que de fournir uniquement des courbes de perte par réflexion. Si la fréquence cible dépasse 10 GHz et que le matériau est toujours dominé par les pertes diélectriques, les propriétés d'absorption peuvent ne pas être à la hauteur des attentes. Le matériau idéal pour l'absorption d'ondes à haute fréquence devrait permettre la synergie de deux mécanismes de perte dans la bande de fréquence cible, plutôt que de favoriser l'un ou l'autre de manière extrême.
Deuxièmement, évaluer la valeur réelle de l'atténuation du matériau dans la bande millimétrique
Les pics des courbes de perte par réflexion peuvent apparaître à des fréquences spécifiques et dans des conditions de test spécifiques, tandis que les angles d'incidence et les états de polarisation des ondes électromagnétiques dans les scénarios d'ingénierie ont tendance à différer des tests en laboratoire. Pour les applications à haute fréquence telles que 77 GHz, les fournisseurs devraient être tenus de fournir des valeurs d'atténuation (DB / cm ou DB / MM) dans cette bande plutôt que de fournir uniquement des données sur les pertes par réflexion. Les valeurs d'atténuation reflètent plus directement la capacité d'absorption du matériau aux ondes électromagnétiques par unité d'épaisseur, avec une corrélation plus forte avec l'effet d'ingénierie réel.
Troisièmement, se concentrer sur la stabilité de polarisation et la stabilité angulaire de la structure du Métamatériau
Si vous choisissez un absorbeur de type supermatériau, vous devez confirmer la conservation de ses propriétés à différents angles de polarisation et angles d'incidence. Une partie de l'absorbant Métamatériau présente d'excellentes performances en incidence verticale, mais l'Absorbance diminue fortement en incidence oblique ou en polarisation croisée. Les conceptions de métamatériaux stables aux grands angles (par exemple, absorption stable maintenue à ± 70°) sont plus fiables dans des scénarios tels que les Radars Embarqués et les antennes de station de base.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdLa série de matériaux d'aspiration d'onde de la 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 à 40 GHz, où les modèles à haute fréquence sont optimisés pour les caractéristiques du mécanisme de perte de la bande d'ondes millimétriques.
L'épaisseur standard du produit peut être d'au moins 0,2 mm, la plage de température de fonctionnement de - 40 ° C à 150 ° C, la classe ignifuge atteint UL94 V - 0, le support de montage flexible, découpe de précision et composite multicouche. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.