Гетерогенные радиопоглощающие композиционные материалы на основе порошкообразных углей для защиты приборов электронной техники от воздействия электромагнитных помех

Представлены результаты теоретического и экспериментального обоснований разработанной авторами методики изготовления гетерогенных (двух- или трехслойных) радиопоглощающих композиционных материалов на основе порошкообразных углей. Методика основана на послойной заливке в формы смесей гипсового связующего вещества и порошкообразного угля (березового неактивированного, березового активированного, кокосового активированного) в очередности, при которой наружный (относительно фронта распространения электромагнитного излучения) слой композиционного материала характеризуется наименьшим волновым сопротивлением, а внутренний – наибольшим волновым сопротивлением. Указанная очередность определена по результатам теоретического обоснования разработанной методики. В ходе ее экспериментального обоснования установлены закономерности изменения значений коэффициентов отражения и передачи электромагнитного излучения изготовленных материалов в зависимости от значения частоты этого излучения в диапазоне 0,7–17,0 ГГц. Исходя из установленных закономерностей констатировано, что минимальное значение коэффициента отражения электромагнитного излучения изготовленных согласно разработанной и обоснованной методике двуслойных материалов (толщина ~ 5,0 мм) составляет –12,0 ± 1,0 дБ и соответствует частотам электромагнитного излучения 0,8 и 2,6 ГГц (при условии, если такие материалы закреплены на металлических подложках). Минимальное значение коэффициента отражения электромагнитного излучения полученных трехслойных материалов (толщина ~ 10,0 мм) при указанном условии также составляет –12,0 ± 1,0 дБ и соответствует частотам электромагнитного излучения 4,5 и 6,0 ГГц. Значения коэффициента передачи электромагнитного излучения таких материалов уменьшаются со средним шагом 4,0 дБ по мере увеличения на 1,0 ГГц частоты этого излучения в диапазоне 2,0–10,0 ГГц и увеличиваются с аналогичным шагом по мере увеличения на 1,0 ГГц частоты в диапазоне 10,0–17,0 ГГц. Минимальное значение составляет –30,0 ± 2,0 дБ. Изготовленные согласно разработанной и обоснованной методике материалы представляются перспективными для обеспечения защиты приборов электронной техники от воздействия электромагнитных помех (как активного, так и пассивного типов).

1. Dugin, N. Using carbon-based composite materials for manufacturing C-range antenna devices / N. Dugin, T. Zaboronkova, E. Myasnikov // Latv. J. Phys. Tech. Sci. – 2016. – Vol. 53, iss. 5. – P. 17–23. https://doi.org/10.1515/lpts-2016-0032

2. Carbon-based composite microwave antennas / N. A. Dugin [et al.] // Electronics. – 2020. – Vol. 9, iss. 4. – Art. ID 590. https://doi.org/10.3390/electronics9040590

3. Radio-absorbing materials based on polymer composites and their application to solving the problems of electromagnetic compatibility / A. Fionov [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, iss. 15. – Art. ID 3026. https://doi.org/10.3390/polym14153026

4. A measuring system for characterization of radar-absorbing materials with sounding ultra-short electromagnetic pulses over the range 0.1–40 GHz / K. Yu. Sakharov [et al.] // Conference on Microwave Techniques (COMITE 2015), 22–23 April 2015, Pardubice, Czech Republic. – Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2015. – Art. ID 15201605. https://doi.org/10.1109/COMITE.2015.7120224

5. Zhukov, P. A. The application of radar absorbing materials to reduce interference emissions from instruments and devices of spacecraft electrical systems / P. A. Zhukov, V. Yu. Kirillov // IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 868. – Art. ID 012009. https://doi.org/10.1088/1757-899X/868/1/012009

6. Advanced radar absorbing ceramic-based materials for multifunctional applications in space environment / A. Delfini [et al.] // Materials. – 2018. – Vol. 11, iss. 9. – Art. ID 1730. https://doi.org/10.3390/ma11091730

7. Electromagnetic Compatibility Issues in Electric Vehicle Applications / A. G. Mamalis [et al.] // Mater. Sci. Forum. – 2018. – Vol. 915. – P. 71–76. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.915.71

8. Wu, T.-L. Overview of Signal Integrity and EMC Design Technologies on PCB: Fundamentals and Latest Progress / T.-L. Wu, F. Buesink, F. Canavero // IEEE Trans. Electromagn. Compat. – 2013. – Vol. 55, № 4. – P. 624–638. https://doi.org/10.1109/TEMC.2013.2257796

9. Deutschmann, B. Impact of electromagnetic interference on the functional safety of smart power devices for automotive applications / B. Deutschmann, G. Winkler, P. Kastner // Elektrotechnik und Informationstechnik. – 2018. – Vol. 135. – P. 352–359. https://doi.org/10.1007/s00502-018-0633-4

10. Protection from electromagnetic pollution by using metal based shielding materials / M. A. A. Frah [et al.] // J. Phys. Conf. Ser. – 2021. – Vol. 2056, № 1. – Art. ID 012058. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2056/1/012058

11. Choudhary, A. Broadband millimeter-wave absorbers: a review / A. Choudhary, S. Pal, G. Sarkhel // Int. J. Microw. Wirel. Technol. – 2022. – First View. – P. 1–17. https://doi.org/10.1017/S1759078722000162

12. Radio-absorbing materials and technologies for their production / A. Fionov [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14. – Art. ID 3026. https://doi.org/10.3390/polym14153026

13. Electromagnetic evaluation of radar absorbing materials based on conducting polypyrrole and organic–inorganic nanocomposite of polypyrrole/kaolinite / C. P. R. Malere [et al.] // J. Appl. Polym. Sci. – 2022. – Vol. 39, iss. 17. – Art. ID 52023. https://doi.org/10.1002/app.52023

14. Carbon-based radar absorbing materials: A critical review / F. Ruiz-Perez [et al.] // J. Sci.: Adv. Mater. Devices. – 2022. – Vol. 7, iss. 3. – Art. ID 100454. https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2022.100454

15. Kuzhir, P. Microwave absorption by carbon-based materials and structures / P. Kuzhir, A. Celzard, X. Chen // J. Appl. Phys. – 2022. – Vol. 131. – Art. ID 200401. https://doi.org/10.1063/5.0098596

16. Singh, N. Carbon nanotubes based composites for electromagnetic absorption – a review / N. Singh, G. D. Aul // Curr. Appl. Mater. – 2022. – Vol. 1, iss. 1. – Art. ID e050821195213. https://doi.org/10.2174/2666731201666210803110914

17. Recent developments in RAM based MWCNT composite materials: a short review / I. V. S. Yeswanth [et al.] // Funct. Compos. Struct. – 2022. – Vol. 4, № 2. – Art. ID 024001. https://doi.org/10.1088/2631-6331/ac5730

18. Minur, A. Radar absorbing materials: the study of functionalized carbon nanotubes behavior on the attenuation of electromagnetic waves in X-band / A. Minur // Adv. Polym. Tech. – 2017. – Vol. 36. – P. 362–370. https://doi.org/10.1002/ADV.21617

19. Айад Хишам Ашур Эль Мокхтар. Порошкообразные углесодержащие материалы для электромагнитных экранов / Айад Хишам Ашур Эль Мокхтар, О. В. Бойправ, Л. М. Лыньков. – Минск: Бестпринт, 2019. – 100 с.

20. Karni, J. Gypsum in construction: origin and properties / J. Karni, E. Karni // Mater. Struct. – 1995. – Vol. 28. – P. 92–100. https://doi.org/10.1007/BF02473176

21. Development of the broadband multilayer absorption materials with genetic algorithm up to 8GHz frequency / K. M. Krishna [et al.] // Security and Communication Networks. – 2022. – Art. ID 4400412. https://doi.org/10.1155/2022/4400412

22. Shukla, V. Review of electromagnetic interference shielding materials fabricated by iron ingredients / V. Shukla // Nanoscale Adv. – 2019. – № 5. – P. 1640–1671. https://doi.org/10.1039/c9na00108e