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Quando os engenheiros escolhem materiais eletromagnéticos que absorvem ondas, os primeiros parâmetros de produto que eles geralmente vêem são a perda de reflexão máxima e a largura de banda efetiva de absorção. Mas a variável subjacente que determina esses dois valores é o mecanismo de perda do material - determina qual faixa de frequência de ondas eletromagnéticas o material pode absorver e quanto ele pode absorver em uma determinada espessura.
O mecanismo de perda foi escolhido incorrectamente, e mesmo o máximo de perda de reflexão não pode resolver o problema de ruído real. A interferência de acoplamento da antena de uma estação de base de ondas de 5G milímetros requer um mecanismo de perda completamente diferente em comparação com o ruído de banda larga de 30 MHz de um novo sistema de motor elétrico de energia.
Perda magnética e perda dielétrica: ambos os mecanismos têm limites
Materiales eletromagnéticos que absorvem ondas atenuam a energia eletromagnética de incidentes através de três mecanismos principais: perda magnética, perda dielétrica e perda condutiva. Os dois primeiros são os mecanismos dominantes na supressão de ruído em campo próximo na banda de frequência GHz.
Perda magnéticaA interação entre o momento magnético do material e o componente de campo magnético da onda eletromagnética incidente inclui processos como perda de histerese, perda de corrente de eddy, ressonância natural e ressonância de troca. Polvos magnéticos suaves (como ferro de carbonil, FeSiAl, ferrito) convertem energia eletromagnética em energia térmica através da ressonância da parede de domínio e ressonância natural em um campo magnético alternado. A vantagem dos materiais de perda magnética reside em sua forte capacidade de acoplamento dos componentes de campo magnético em cenários próximos, com efeitos de atenuação significativos na faixa de frequência de dezenas de MHz a vários GHz. No entanto, os materiais de perda magnética enfrentam a restrição do limite de Snoek - há um limite superior ao produto da parte real da permeabilidade magnética e da frequência de ressonância. Aumentar a permeabilidade magnética de baixa frequência levará a uma diminuição da frequência de ressonância, limitando a capacidade de absorção na faixa de alta frequência.
perda dielétricaOriginando da resposta de polarização de materiais em campos elétricos alternados, incluindo mecanismos como polarização dipólica, polarização da interface e polarização de defeitos. Materiales baseados em carbono (como óxido de grafeno reduzido, nanotubos de carbono, MXene) e polímeros condutivos (como polianilina, polipirrol) são materiais típicos que absorvem perdas dielétricas. Materiales de perda dielétrica apresentam boas características de absorção de banda larga em bandas de frequência mais elevadas (banda X e acima), mas quando usados sozinhos, eles frequentemente enfrentam problemas de incumprimento de impedância - constantes dielétricas elevadas causam ondas eletromagnéticas a ser fortemente refletidas na superfície do material e incapazes de entrar no interior para participar em perda.
O efeito sinergista dos sistemas compostos: de "cada gestão de uma seção" para "trabalho colaborativo"
O conceito de projeto de materiais absorventes compostos magnéticos dielétricos é integrar dois tipos de mecanismos de perda no mesmo sistema de materiais, e quebrar o obstáculo de um único mecanismo através de efeitos sinergéticos.
A primeira camada de benefícios de sinergia é refletida na melhoria da combinação de impedância.Quando as contribuições da perda magnética e da perda dielétrica estão próximas de concordar, a impedância de entrada do material está mais próxima à impedância de ondas espaciais livres (cerca de 377 Ω), e ondas eletromagnéticas são mais prováveis a entrar no interior do material em vez de ser refletidas na superfície. Essa condição concordante não pode ser alcançada simplesmente aumentando perda magnética ou perda dielétrica - a relação proporcional entre os dois é a chave.
A segunda camada de benefícios de sinergia vem da complementaridade dos caminhos de perda.A fase dielétrica atenua o componente do campo elétrico através da polarização dipólica e da polarização da interface, a fase de perda magnética atenua o componente do campo magnético através da ressonância natural e perda de corrente de eddy, e a rede condutiva dissipa mais energia através da perda de condução. Em um sistema composto, ondas eletromagnéticas passam por um processo de "entrar múltiplas reflexões gradualmente absorvendo", ampliando seu caminho de propagação e melhorando significativamente a eficiência de absorção.
Em baixos níveis de preenchimento, o desempenho do sistema composto magnético dielétrico já pode alcançar um alto nível. CeO[UNK]/ Co@C O material composto bidimensional alcançou uma largura de banda de absorção efetiva de 6,08 GHz com uma espessura correspondente de 2,55 mm em uma razão de preenchimento de 15 pesos. Alguns sistemas compostos otimizados têm uma perda mínima de reflexão inferior a -60 dB e uma largura de banda efetiva de absorção superior a 9 GHz.
Limite de engenharia de três tipos de sistemas de perda
A tabela seguinte resume as faixas de frequência aplicáveis, espessuras típicas e características de cena de diferentes tipos de materiais absorventes da perspectiva de mecanismos de perda:
Materiales de perda magnética dominam na faixa média a baixa de frequência (1 MHz – 6 GHz). O componente magnético de campo próximo nessa banda de frequências é forte, e materiais de alta permeabilidade podem efetivamente acoplar e atenuar a energia de campo magnético. No entanto, nas frequências de ruído acima de 2-3 GHz (como bandas de frequência Wi-Fi e 5G Sub-6), os benefícios marginais de uma diminuição adicional da permeabilidade magnética. Neste ponto, é necessário introduzir um mecanismo de perda dielétrica para ampliar a largura de banda efetiva de absorção.
A band a de frequência vantajosa de materiais de perda dielétrica é de 2-18 GHz, mas quando usados sozinhos, eles geralmente requerem uma espessura maior para alcançar a correspondência de desempenho na faixa de frequência. As propriedades ligeiras dos aerogels baseados em carbono e espuma de polímeros condutivos fazem com que tenham vantagens de peso únicas em dispositivos portables e cenas aeroespaciais.
O sistema composto magnético dielétrico pode alargar a largura de banda efetiva de absorção ao mesmo tempo que mantém o equilíbrio de impedância integrando dois tipos de mecanismos de perda. À medida que os dispositivos de comunicação 5G/6G e computação AI evoluem para bandas de frequência mais elevadas, o valor de engenharia dos sistemas compostos está continuamente aumentando.
Três julgamentos de engenharia em seleção
Os engenheiros sugerem estabelecer lógica de julgamento na ordem seguinte quando enfrentam cenários específicos de aplicação.
Primeiro, determinar a banda de frequência e propriedades de campo próximo/campo distante do ruído
O ruído de campo próximo (como radiação próximo de chips, convertidores de DCDC e conectores) é composto principalmente por componentes de campo magnético, e o tipo de perda magnética ou sistemas compostos dominados por perda magnética devem ser considerados prioritariamente. O problem a de radiação de campo distante ou acoplamento de antenas requer um equilíbrio entre a combinação de impedância e a capacidade de perda de banda larga, e o sistema composto magnético dielétrico é uma escolha mais robusta. Se a banda de frequência alvo cobre múltiplos intervalos descontinuados (como a presença de centenas de ruído de troca de MHz e interferência inalámbrica de 2,4 GHz), é difícil combinar simultaneamente um único mecanismo de perda, sendo necessário selecionar um sistema composto de banda larga ou um esquema de montagem segmentado.
Em segundo lugar, confirmar a dura restrição do espaço disponível em espessura
O princípio da correspondência de comprimento de onda trimestral determina o requisito de espessura rígida para absorção de baixa frequência. Em cenários restritos ao espaço, materiais com partes reais mais elevadas de permeabilidade magnética devem ser priorizados para alcançar a correspondência de frequência alvo em espessuras mais finas. Por exemplo, materiais com uma permeabilidade real de parte de 200 podem cobrir a faixa de frequência de 100 MHz a 8 GHz a uma espessura de 0,2 mm. Mas precisa ser verificado ao mesmo tempo se o aumento da permeabilidade magnética está acompanhado da degradação da correspondência de impedância, que pode ser preliminarmente julgado verificando a relação μ/ε do material na faixa de frequência alvo.
Em terceiro lugar, avaliar o impacto da temperatura na estabilidade do mecanismo de perda
A permeabilidade magnética dos materiais de perda magnética é sensível à temperatura, e o coeficiente de temperatura da permeabilidade magnética varia significativamente entre diferentes sistemas de materiais dentro da faixa de trabalho de -40 °C a 125 °C. Para aplicações com grandes flutuações de temperatura, como na eletrônica dos veículos e nas unidades de estação de base RF, a atenção deve ser prestada aos dados de estabilidade dos materiais dentro do intervalo de temperatura de trabalho de μ 'e μ'. O efeito das mudanças de temperatura na perda dielétrica é relativamente pequeno, mas a constante dielétrica pode mudar em altas temperaturas devido ao aumento da relaxação polarizada. O material composto de absorvente/poliímido resistente a alta temperatura com estrutura de folha orientada mostra excelente desempenho de absorção radar na faixa de frequência 1-8 GHz. Após tratamento de alta temperatura a 450 ° C/1h, os parâmetros eletromagnéticos mudam pouco quando a proporção de doping é de 50% -60%.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A série de material de absorção da marca de platina de pesquisa abrange três principais modelos: XJY-MH100, XJY-MH150 e XJY-MH200. A parte real da permeabilidade magnética abrange ≥ 100 a ≥ 200, e o intervalo de frequência recomendado abrange 10 MHz a 18 GHz. A espessura padrão pode ser tão baixa como 0,2 mm, e o intervalo de temperatura de trabalho é de -40 ° C a 125 ° C. A taxa de retardante de chama atinge UL94 V-0.
Essa série adota a tecnologia de dispersão de orientação de pó magnético mole nanocristalino tipo folha, combinado com revestimento de superfície e processo de controle constante dielétrico, para melhorar as partes reais e imaginarias da permeabilidade magnética, mantendo uma janela estável de coincidência μ/ε. O produto suporta montagem flexível, corte de precisão e composto multicamadas, e pode ser personalizado de acordo com faixas específicas de frequência e restrições espaciais. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.