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Woraus besteht radarabsorbierendes Material?

20. Januar 2015. Ein radarabsorbierendes Material-RAM, das über einen weiten Bereich von Frequenzen und Einfallswinkeln betrieben werden kann, einfach herzustellen, kostengünstig, robust und dünn genug für konforme Anwendungen wie das Tarnen von Flugzeugen ist, wurde von Forschern der Queens University entwickelt Belfast QUB. Herkömmliche RAMs wie pyramidenförmige Materialien oder planare Mikrowellenabsorber, einschließlich Salisbury-Bildschirme und Jaumann-Absorber, eignen sich nicht zum Radar-Tarnen von Flugzeugstrukturen, Windturbinen und Oberflächenfahrzeugen.

Ihre Dicke, ihr Gewicht und ihre Form kollidieren mit anderen, grundlegenderen Designtreibern, beispielsweise der Betriebsumgebung oder der Aerodynamik. Es können weniger sperrige Alternativen wie die Nano-Verbundfarbe des Lockheed F-117 Nighthawk verwendet werden. Diese sind jedoch sehr teuer und daher für die meisten kommerziellen Anwendungen ungeeignet. Ein kostengünstigerer Ansatz zur Erzeugung eines dünnen, leichten RAM ist die Klasse der periodischen Strukturen, die als frequenzselektive Oberflächen-FSS bezeichnet werden. FSS bestehen normalerweise aus einer Anordnung von strukturierten Leitern, die von einem dünnen Dielektrikum hinterlegt sind.

Bei einem Mikrowellen-FSS-Absorber wird auch ein Metallblech hinter den widerstandsbelasteten strukturierten Elementen eingesetzt. Sie sind auch empfindlich gegenüber dem Einfallswinkel, und es ist schwierig, den genauen Oberflächenwiderstandswert zu erreichen, der für jedes der FSS-Elemente erforderlich ist.

Der breite Frequenzbereich, der absorbiert wird, war bisher nur mit viel dickeren mehrschichtigen FSS-Verbundstrukturen möglich, die schwieriger herzustellen und in konformen Anwendungen wie Flugzeugbeschichtungen schwer zu verwenden sind. Das Team hat die Herstellung weiter vereinfacht, indem die Breite der einzelnen verschachtelten hexagonalen Schleifen in jeder Einheitszelle so ausgelegt wurde, dass für alle 4 Elemente ein gemeinsamer Wert für den Oberflächenwiderstand erhalten wird, sodass die Widerstandsmaterialanordnung von Elementen mit einer einheitlichen Dicke aufgebracht werden kann.

Das Widerstandsmaterial selbst bringt eine Kostenersparnis mit sich, da das QUB-Team zum ersten Mal eine kostengünstige Hochfrequenzfarbe verwendet hat, die normalerweise für die EM-Abschirmung von Gebäuden verwendet wird.

Für Fahrzeug- und Windkraftanwendungen von RAM ist physischer Verschleiß ein ernstes Problem, aber die FSS-Struktur sollte dafür robust sein und kann mit einem dünnen wasserdichten Substrat leicht vor der Umgebung geschützt werden.

Nachdem das Team die Wirksamkeit dieser Struktur gezeigt hat und dass eine optimierte Leistung für anwendungsspezifische Wellenpolarisation und Einfallswinkel leicht erreichbar ist, untersucht es andere Verwendungszwecke der Arbeit, einschließlich der Abschirmung für am Körper getragene Antennen. Die Betriebsfrequenz eines FSS-Absorbers kann einfach durch Skalieren der Abmessungen der Array-Elemente und ihrer Trennung der Grundebene geändert werden, sodass die Arbeit auf Wellenlängen der EM-Strahlung außerhalb der Radarfrequenzen anwendbar ist.

Diese Klasse von FSS-Absorbern ist nur durch Fertigungstoleranzen begrenzt und eine praktikable Alternative zu konischen und pyramidenförmigen RAMs, die üblicherweise als Heiß- und Kaltkalibrierungslasten für Weltraumradiometer bei Millimeter- und THz-Wellenlängen verwendet werden.

Das Team arbeitet daran, auch den verwendeten Herstellungsansatz zu ändern. Bisher war die Kontrolle des Oberflächenwiderstands über seine Beziehung zur Dicke der strukturierten Schicht die einzige physikalische Variable, die dem Konstrukteur zur Verfügung stand. QUB entwickelt eine Methode mit einer dotierten leitfähigen Tinte, die in jedem Tintenstrahldrucker zum Mustern des FSS-Arrays verwendet werden kann, anstatt der weniger präzisen Schablonenmethode, die zum Erstellen des aktuellen Prototyps verwendet wird.

Dies ermöglicht es, den erforderlichen Oberflächenwiderstandswert der beladenen FSS-Struktur unter Verwendung der Angemessenheitsverarbeitung präzise zu erhalten.

In verwandten Arbeiten hoffen sie, auf jüngsten Forschungsergebnissen zur Integration von Flüssigkristallsubstraten aufzubauen, um elektronisch rekonfigurierbare Absorber zu schaffen, die zwischen Absorptions- und Reflexionszuständen wechseln oder ihre Arbeitsfrequenz bei Bedarf durch Anlegen einer kleinen Spannung einstellen können.

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