BRPI0717533A2 - Absorvedor de micro-ondas - Google Patents
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Description
"ABSORVEDOR DE MICRO-ONDAS" A presente invenção se refere à um absorvedor de radiação no campo da micro-onda. É conhecido revestir superfícies refletindo radiação do radar com diferentes tipos de absorvedor do radar. Atualmente, a maioria dos absorvedores do radar tem uma estrutura em camada. Há aqueles usando uma ou mais folhas finas resistivas com uma resistência de superfície apropriada. Absorvedores da técnica anterior deste tipo são telas de Salisbury, absorvedores de Jaumann e camadas de folha única.
Uma tela de Salisbury consiste de uma folha resistiva que é colocada em uma distância de um quarto de um comprimento de onda a partir de uma superfície de metal. A folha resistiva tem a mesma resistência de superfície como a impedância da onda no vácuo e a camada intermediária é uma camada dielétrica com a constante dielétrica próxima de 1. Um absorvedor de Jaumann é uma combinação de duas ou mais telas de Salisbury. Uma camada de folha única consiste de duas camadas dielétricas com uma folha intermediária resistiva. E bem conhecido como os vários absorvedores do radar da técnica anterior devem ser construídos em relação à resistência de superfície das folhas resistivas, à constante relativa dielétrica da camada dielétricas e à espessura das camadas incluídas para o absorvedor do radar funcionar de acordo com os requisitos.
A resistência de superfície da folha resistiva, a constante relativa dielétrica do material de distância, e a espessura das várias camadas são devidas ao intervalo de freqüência no qual a estrutura é otimizada e ao grau de reflexão que é desejado, isto é devido às demandas colocadas no absorvedor. Um exemplo de uma camada de folha única otimizada para a banda X e P é ilustrado na Fig. Ia. A resistência de superfície da folha resistiva é 125 Ω /□. As duas camadas de material de distância são materiais dielétricos com uma constante relativa dielétrica εΓ = 4 e a espessura de 3 mm. Fig. Ib mostra a reflexão medida no intervalo de freqüência 0-20 GHz do absorvedor do radar na Fig. Ia. O absorvedor tem uma reflexão menor do que -13 dB (5%) no intervalo de freqüência 7,4 - 17,7 GHz.
As folhas resistivas nos absorvedores do radar que são atualmente usados são freqüentemente feitos de pano de fibra de carbono ou um filme plástico com uma folha fina com perda. Esses materiais funcionam em temperatura ambiente e temperaturas vizinhas. Contudo, eles não podem ser usados, de forma significativa, em temperaturas maiores já que eles iriam então ser destruídos. Contudo, é muito importante ser capaz de produzir um absorvedor do radar que possa ser aplicado às superfícies quentes tal como a saída de um motor a jato ou de um motor de foguete. Isso não era possível com os absorvedores do radar da técnica anterior.
A presente invenção fornece uma solução para este problema por ser projetada como definida na seguinte reivindicação independente. As reivindicações remanescentes se referem às modalidades vantajosas da invenção. A invenção é, evidentemente, também útil em aplicações tradicionais em temperaturas mais baixas.
A invenção será, a seguir, descrita em mais detalhes com referência aos desenhos anexos, nos quais
Fig. Ia mostra um exemplo da estrutura de uma camada de
folha única,
Fig. 1 b é um diagrama da capacidade de absorção de radiação da camada de folha única na Fig. Ia,
Fig. 2a ilustra um primeiro projeto de teste da invenção, Fig. 2b é um diagrama da capacidade de absorção de radiação da modalidade da invenção mostrado na Fig. 2a,
Fig. 3a ilustra um segundo projeto de teste da invenção, e Fig. 3b é um diagrama da capacidade de absorção de radiação da modalidade da invenção mostrado na Fig. 3 a.
Em uma invenção, alguém inicia, devido à aplicação, a partir de um absorvedor do radar de algum tipo conhecido, no qual a folha resistiva tradicional ou as folhas resistivas tradicionais são substituídas por folhas feitas de matéria de fase MAX. Tais materiais resistem a altas temperaturas, veja a discussão adicional desses materiais abaixo. Mais ainda, as camadas dielétricas incluídas são feitas de um material resistente à temperatura com propriedades elétricas apropriadas. Esses materiais são aqui referidos como materiais cerâmicos de baixa permissividade (constante relativa dielétrica εΓ < 15), todos os materiais que são inorgânicos e não metais sendo chamados materiais cerâmicos.
Isto significa que também diferentes tipos de vidro são
incluídos nos materiais cerâmicos. Há aqueles que resistem à altas temperaturas. Na tabela 1 abaixo há uns poucos exemplos de materiais cerâmicos de baixa permissividade e sua constante dielétrica. Também compósitos cerâmicos, (compósitos cerâmicos reforçados por partícula, suíças e fibra) podem ser usadas como camada dielétricas dado que eles têm uma constante dielétrica apropriada.
Tabela 1
Material Constante dielétrica εΓ esteatita Mg3Si4Oi0(OH)2 6,0-6,1 cordierita Mg2AMSisOig 5,0-5,7 forsterita 2MgO SiO2 6.4 mulita AlgSi2On 6,7-7,5 Oxido de alumínio Al2O3 9,5-9,7 óxido de bário BeO 6,5 - 6,8 nitrato de alumínio AlN 8,8-8,9 nitrato de silício Si3N4 8,1 vidro de quartzo, SiO2 vidro 3,8
Quando necessário, a constante dielétrica dos materiais cerâmicos podem ser reduzida por furos sendo introduzidos no material. A constante dielétrica também pode ser reduzida através da produção de compósitos. Para mulita, é possível produzir, por exemplo, compósitos de mulita e vidro de quartzo ou mulita e cordierita.
Com relação a folha resistiva, é demonstrado a seguir que um material de fase MAX pode, em termos das propriedades eletromagnéticas, funcionar na mesma maneira que as folhas resistivas usadas até agora. Quando produzindo um absorvedor do radar, uma técnica que é conhecida do ponto de vista de absorção de radiação é por conseguinte usada, e uma pessoa qualificada na técnica calcula, na maneira tradicional, as propriedades eletromagnéticas desejáveis das camadas incluídas, com base nos requisitos.
A característica especial da invenção é o conhecimento de que os materiais de fase MAX podem ser usados para a folha resistiva. Os materiais de fase MAX têm muitas propriedades boas no contexto, por exemplo eles resistem à altas temperaturas.
Materiais de fase MAX são materiais que são definidos pela fórmula Mn+ j AXn. Na formula, M significa um metal de transição no grupo consistindo de escândio (Sc), titânio (Ti), vanádio (V), cromo (Cr), zircônio (Zr), nióbio (Nb), molibdênio (Mo), háfiiio (Ht) e tântalo (Ta) ou uma combinação de dois ou mais metais de transição do grupo. A significa os elementos no grupo alumínio (Al), silício (Si), fósforo (P), enxofre (S), gálio (Ga), germânio (Ge), arsênio (As), cádmio (Cd), índio (In), estanho (Sn), tálio (Tl) e chumbo (Pb) ou uma combinação de dois ou mais elementos no grupo. X significa carbono (C) e / ou nitrogênio (N).
Na fórmula para materiais de fase MAX, Mn+1AXn, η pode ser ou 1, 2 ou 3, que resulta em três grupos de materiais. O primeiro grupo com η = 1 é chamado o grupo 211. Os dígitos significam o número de átomos de cada elemento químico Μ, A e X, respectivamente. A tabela 2 abaixo contém todos os materiais atualmente conhecidos no grupo 211. O segundo grupo tem n=2 e é chamado de grupo 312. Três materiais são conhecidos no grupo, Ti3GeC2, Ti3AlC2 e Ti3SiC2. O terceiro grupo tem n=3 e é chamado de grupo 413. Este contém somente um material atualmente conhecido Ti4AlN3. Tabela 2
material de fase MAX, grupo 211 Ti2AiC Ti2AlN Hf2PbC Cr2GaC V2AsC Ti2InN Nb2AIC (NbtTi)2AIC Ti2AIN1Z2C1Z2 Nb2GaC Nb2AsC Zr2InN Ti2GeC Cr2AIC Zr2SC Mo2GaC Ti2CdC Hf2InN Zr2SnC Ta2AlC Ti2SC Ta2GaC Sc2InC Hf2SnN Hf2SnC V2AIC Nb2SC Ti2GaN Ti2InC Ti2TlC Ti2SnC V2PC Hf2SC Cr2GaN Zr2InC Zr2TIC Nb2SnC Nb2PC Ti2GaC V2GaN Nb2InC Hf2TIC Zr2PbC Ti2PbC V2GaC V2GeC Hf2InC Zr2TIN
Os matérias de fase MAX têm uma estrutura especial de cristal
que combina as melhores propriedades dos metais com as vantagens dos materiais cerâmicos. Eles têm alta condutividade elétrica e térmica, fricção baixa, resistência bem alta ao desgaste e resistem à choques de temperatura.
Os materiais podem ser feitos por sinterização ou por PVD, Deposição Física de Vapor.
Já que os materiais de fase MAX têm alta condutividade e podem resistir à temperaturas extremamente altas, eles podem ser usados como uma folha resistiva fma em um absorvedor de micro-ondas em temperaturas altas, acima IOOO0C, mas, é claro que, também em temperatura ambiente e temperaturas ao redor dela.
De modo a fundamentalmente determinar que materiais de fase MAX podem funcionar como uma folha resistiva fina em uma estrutura de camada de absorção de radar, alguns revestimentos finos de carboneto de silício titânio Ti3SiC2 foram produzidos em um substrato de vidro usando PVD. Os materiais de fase MAX do grupo 312 são altamente convenientes para uso na presente invenção. Fig. 2a ilustra uma estrutura de camada tipo tela de Salisbuiy com a folha resistiva feita de Ti3SiC2 e Fig. 3a ilustra uma camada de folha única, da mesma forma que uma folha resistiva feita de Ti3SiC2. Figs 2b e 3b são diagramas de reflexão medida dos respectivos
absorvedores do radar em espaço livre no intervalo de freqüência 2-20 GELz à temperatura ambiente e reflexão teoricamente calculada das mesmas estruturas. Os diagramas demonstram que a reflexão medida coincide muito bem com os valores teoricamente calculados. Isto significa que a folha resistiva feita de Ti3SiC2 serve bem a seu propósito nas respectivas estruturas de camada de absorção de radiação.
É importante enfatizar que as estruturas de camada criadas são
usadas somente para verificar que materiais de fase MAX podem ser usados para o propósito em questão. Nenhuma das estruturas de camada foi otimizada em qualquer maneira, que é notada do fato que a mínima reflexão nas Figs 2b e 3b são de banda estreita e não ótima. Se a resistência de superfície da folha resistiva, a constante relativa dielétrica do material de distância e a espessura das diferentes camadas forem otimizadas, uma reflexão menor pode ser obtida para uma banda de freqüência mais ampla. Os métodos convencionais para otimizar as estruturas de camada de absorção de radiação podem ser usados no caso em questão e são bem conhecidos para uma pessoa qualificada na técnica.
A resistência de superfície do revestimento de teste produzido de Ti3SiC2 foi 338 Ω / □ que é próximo da impedância de onda do vácuo (»377Ω), que é vantajoso para uma tela de Salisbury. A resistência de superfície da folha pode ser mudada escolhendo um material adequado, por exemplo um outro material de fase MAX com diferente condutividade σ e / ou escolhendo a espessura d da folha, já que Ryt = 1 / ad.
De modo a determinar que materiais de fase MAX podem funcionar também em altas temperaturas como uma folha fina resistiva em um absorvedor de radar, uma amostra tipo tela de Salisbury foi produzida com vidro de quartzo SiO2 como um substrato, que resiste a temperaturas maiores. Na mesma maneira como no exemplo de temperatura ambiente acima mencionado, um revestimento fino de Ti3SiC2 foi aplicado ao substrato de vidro de quartzo usando PVD. Medições efetuadas na amostra demonstram uma boa função com uma reflexão distinta mínima pelo menos, até 200°C.
Claims (5)
1. Absorvedor de micro-ondas, especialmente para aplicações em alta temperatura, compreendendo, pelo menos, um folha resistiva e pelo menos, uma camada dielétrica, caracterizado pelo fato de que a folha resistiva é feita de um material de fase MAX e a camada dielétrica é feita de um material que resiste à altas temperaturas.
2. Absorvedor de micro-ondas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folha resistiva é feita de um material de fase MAX do grupo 312.
3. Absorvedor de micro-ondas de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a folha resistiva é feita de um carboneto de silício titânico, Ti3SiC2.
4. A absorvedor de micro-ondas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizado pelo fato de que o material dielétrico é uma cerâmica de baixa permissividade ou um compósito de cerâmica.
5. Absorvedor de micro-ondas de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que furos são introduzidos no material de cerâmica para o propósito de baixar a constante dielétrica para um nível desejável.
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