13.3.2. Неотражающие поглотители

Диэлектрическая среда, на границе которой не возникает отражений и которая, кроме того, обладает большими потерями, действует как неотражающий поглотитель [211, 220, 228, 258, 333]. Чтобы не было отражений в широком диапазоне частот, импеданс поглотителя должен быть вещественным, должен не зависеть от частоты и быть согласован с импедансом свободного пространства. Простым примером является слой поглощающего картона с поверхностным активным сопротивлением расположенный на расстоянии четверти длины волны от отражающей плоскости; таким способом можно получить коэффициент отражения по напряжению менее чем 0,05 в полосе частот ±5%.

Более хорошие результаты получаются с помощью расположенных перед металлической поверхностью двух проводящих слоев [224], разделенных двумя одинаковыми воздушными зазорами. В этом случае частотный график коэффициента отражения по напряжению будет обращаться в нуль дважды, и в диапазоне порядка одной октавы коэффициент отражения не будет превышать значения 0,1. Такое построение можно продолжить, в результате чего поглотитель будет представлять собой многослойную конструкцию из чередующихся слоев диэлектрика без потерь и тонких пластин из плохо проводящего материала, как показано на рис. 13.13, а. В направлении к металлической подложке активная проводимость поверхности уменьшается от пластины к пластине на постоянный множитель, и из графика видно, что коэффициент отражения по напряжению, вычисленный согласно теории линий передачи, оказывается меньше 0,1 в диапазоне, занимающем почти три октавы.

Трудностей изготовления, связанных с точным соблюдением заданных значений активных сопротивлений поглощающих пластин, не возникает при применении [157, 308] однородного поглощающего материала специальной геометрической формы, при которой коэффициент затухания возрастает в направлении металлической подложки. В одном примере, который описал Северин [224], поглотитель был сделан из поглощающих пластин, расположенных перпендикулярно к металлической подложке, как показано на

рис. 13.13, б. Чтобы не было зависимости от поляризации, применялись две взаимно перпендикулярные системы поглощающих пластин. Расстояние между пластинами выбиралось больше половины длины волны, так что получалась структура, соответствующая волноводу с очень большим затуханием. Для согласования такой параллельно-пластинчатой структуры с импедансом свободного пространства поглощающие пластины имели заостренные концы, причем, чтобы избежать отражений при наклонном падении, обусловленных периодичностью структуры, заостренные зубцы имели разные длины. Снаружи для защиты от воздействия влаги структура заполнялась пенистым диэлектриком.

Рис. 13. 13. Типы неотражающих поглотителей. Амплитуды коэффициентов отражения даны для трех различных конструкций. Размеры указаны в миллиметрах. (См. [224].)

Экспериментальные результаты в диапазоне длин волн для различных углов падения показаны на рис. 13.13, б, из которого видно, что в диапазоне, занимающем почти декаду, коэффициент отражения по напряжению не превышает 0,1.

Другой класс неотражающих поглотителей состоит из однородного поглощающего диэлектрического слоя или пластины [101, 320, 336]. В идеальном случае волновое сопротивление материала должно равняться сопротивлению свободного пространства, т. е.

Эффективный поглотитель должен иметь большие и равные значения углов потерь (как диэлектрического так и магнитного а также большйе значения диэлектрической и относительной магнитной проницаемостей, причем эти свойства не должны зависеть от частоты. Более практичный поглотитель состоит из расположенного на металлической подложке слоя толщиной у которого

диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь подобраны так, чтобы на заданной частоте отражение равнялось нулю [74]. Коэффициент отражения по амплитуде равен

где

Условие отсутствия отражения имеет вид

откуда в качестве первого приближения для случая следует, что толщина слоя должна равняться четверти длины волны в материале, т. е.

где

Активное сопротивление поверхности должно равняться

где проводимость материала слоя.

Таким образом, отражение гасится за счет интерференции, причем требуемое соотношение амплитуд получается путем выбора соответствующего значения а соотношение фаз достигается за счет выбора значений ей Описаны примеры таких четвертьволновых слоев [188, 189]. Полосы частот можно расширить либо с помощью многослойной конструкции, либо с помощью материала, состоящего из системы пирамид и конусов. Подходящие материалы существуют [170, 172, 353, 379, 403], причем коэффициент отражения по напряжению обычно не превышает значения 0,02 в диапазоне частот

Поглотитель магнитного типа можно располагать непосредственно перед металлическим листом, в результате чего ограничений диапазонности, связанных с соблюдением фазовых соотношений, не возникает. Например, можно использовать систему магнитных диполей в виде петель, связанных с поглощающими резонаторами [352]. В одном резонансном поглотителе [171] на частоте использовались коаксиальные линии, нагруженные железным порошком. Минимальное отражение получалось при оптимальных значениях числа резонаторов на единице площади и величины их активного сопротивления. Значения коэффициента отражения по напряжению обычно не превышали 0,1 для углов падения вплоть до 30° в диапазоне частот ±1%. Этот диапазон частот можно

расширить с помощью комбинации двух сортов специально подобранных резонаторов [212].

Короткозамкнутый четвертьволновый отрезок линии представляет собой параллельный резонансный контур, поэтому, чтобы сделать металлическую пластину неотражающей, необходимо укрепить перед ней на расстоянии, равном четверти длины волны, соответствующие элементы, имеющие характер последовательного контура. Такими элементами могут быть электрические диполи, имеющие такую же резонансную частоту. Полную глубину поглощающей среды можно уменьшить еще больше, если погрузить резонансные контуры в диэлектрический материал. На рис. 13.13, в приведены характеристики типичного дипольного поглотителя, данные Северином [224]. Диапазон частот, в котором коэффициент отражения по напряжению не превосходит 0,1, простирается от 7,3 до при этом полная толщина поглощающей конструкции равна Возможно также применение поглощающих резонансных щелей [262].