Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВЫХ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ПО АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Актуальность работы. В настоящее время материалы, эффективно взаимодействующие (поглощающие, отражающие) с электромагнитным излучением (ЭМИ), находят все более широкое применение в СВЧ электронике: снижение радиозаметности военных объектов [1]; создание безэховых камер; для решения задач электромагнитной совместимости; экранирование рабочих мест и биологических объектов от вредного воздействия; защите информации [1,2]. К радиопоглощающим материалам имеется ряд требований, таких как широкополосность, низкий вес, согласованность со свободным пространством, что достигается градиентными или многослойными конструкциями. Разработка методов моделирования и построения многослойных покрытий и экранов является актуальной задачей. В частности, востребованы конструкции, обладающие высокой эффективностью экранирования, что во многом зависит от согласования со свободным пространством, то есть градиентными или многослойными конструкциями. Разработка методов моделирования и построения многослойных покрытий и экранов является актуальной задачей.
Цель магистерской диссертации - методом математического моделирования разработать конструкцию многослойного радиопоглощающего материала для изготовления по аддитивной технологии.
Для достижения указанной выше цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить программный продукт CST Microwave Office.
2. Освоить методику расчета спектров электромагнитного отклика (коэффициентов отражения, прохождения и поглощения) плоских многослойных материалов, и материалов с периодическими структурами.
3. Провести расчет спектров электромагнитного отклика (коэффициентов отражения, прохождения и поглощения) плоских многослойных материалов, и материалов с периодическими структурами.
4. Провести анализ полученных результатов.
5. Подготовить отчет.
Объект исследования - особенности взаимодействия электромагнитного поля с многослойными образцами радиопоглощающего материала.
Предмет исследования - расчетные частотные зависимости (спектры) электромагнитного отклика от многослойной конструкции радиопоглощающего материала.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Двухслойная плоская конструкция со слоем магнитного материала из сорокапроцентного феррита BaFei20i9 с многостенными углеродными нанотрубками концентрацией два процента, толщиной 2 мм, расположенного на металлической поверхности и покрытого слоем ABS пластика с содержанием углерода толщиной 1 мм, обеспечивает величину коэффициента отражения - минус 28 децибел на частоте 7 ГГц с полосой частот от 6 ГГц до 8 ГГц, где величина коэффициента отражения не более минус 10 дБ.
2. Метаповерхность, созданная на основе модели проволочных структур, позволила расширить полосу частот со значением коэффициента отражения - менее минус 10 дБ до 14 ГГц в интервале частот 1 -18 ГГц.
Достоверность представленных научных результатов
Достоверность полученных научных результатов подтверждается использованием адекватной теоретической моделью, которая базируется на классической модели Бреховских и экспериментально полученных исходных электромагнитных параметров, а также выбором в качестве программного продукта CST - Studio.
Научная новизна положений, выносимых на защиту
1. Впервые получены электромагнитные характеристики двухслойной структуры в волноводе на основе магнитного материала, синтезированных в Томском научном центре, полученные в результате расчета по программе CST Microwave Office.
2. Впервые рассмотрены спектры электромагнитных параметров моделей на основе проволочной структуры и с метаповерхностью.
Практическая значимость научных положений, выносимых на защиту
Полученные методом математического моделирования двух- и трехслойные конструкции могут быть построены по аддитивной технологии на 3D принтере и использованы для построения безэховых камер, для защиты биологических объектов. Преимуществом перед ранее разработанными конструкциями является меньший вес изделия в целом.
Научная значимость положений, выносимых на защиту
Методический подход, предлагаемый в данном исследовании, позволяет численно оценить вклад метаповерхности разрабатываемых конструкций из материалов, эффективно взаимодействующих с электромагнитным излучением СВЧ диапазона, в электромагнитный отклик
Апробация работы.
Матлахов В.В. Спектры электродинамических характеристик композиционных материалов, изготовленных по аддитивной технологии/ В.В. Матлахов, Ю.П. Землянухин // Труды четырнадцатой всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов Томск, 17-18 мая 2017 г, с. 6371.
Матлахов В.В. Электромагнитный отклик от многослойного материала, изготовленного по 3D технологии / В.В. Матлахов, А.В. Бадьин // 8-я
Международная научно-практическая конференция Актуальные проблемы радиофизики АПР 2019 Сборник трудов конференции 1-4 октября 2019 года г. Томск с. 191-192.
Матлахов В.В. Моделирование частотных зависимостей электромагнитного отклика от многослойных композиционных материалов / В.В. Матлахов // Современные исследования в области технических и естественных наук Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции г. Белгород, 30 мая 2017 г. С. 21-26
Личный вклад автора состоит в разработке и реализации алгоритмов и моделирующей программы, проведении расчётов и анализе полученных результатов, а также в обсуждении и формулировке основных положений и выводов диссертации.

Купить

1. В результате анализа литературных источников показано, что тематика диссертационного исследования актуальна. Это подтверждается значительным ростом публикации в последние пять лет.
2. В ходе работы было изучено программное обеспечение CST Microwave Office, освоены навыки моделирования радиопоглощающих конструкций по исходным данным в коаксиальной ячейке.
3. Проведенное математическое моделирование трехкомпонентного композита: сорок весовых процентное карбонильного железа и двадцать процентов феррита Fe3O4 в качестве активной фазы, и связующего - эпоксидная смола, диэлектрическая проницаемость которого не имеет дисперсии и обладает относительно малыми диэлектрическим потерями, но имеет отличную от единицы магнитную проницаемость, показало, что в диапазоне частот 2 - 18 ГГц снижает коэффициент отражения в два раза в полосе 7 - 9 ГГц. Местоположение этой области зависит от толщины слоя. Расчет произведен при размещении композита на металле.
4. Область заметного снижения коэффициента отражения для композита BaFe12O19 - 40% + МУНТ - 2% в эпоксидной матрице для тонких образцов сдвинута в высокочастотную область. Для образцов с толщинами 3 и 4 мм область пониженного коэффициента отражения находится в исследуемой области. Феррит относится к классу высокочастотных материалов, поэтому эффект снижения коэффициента отражения проявился в меньшей степени.
5. В двухслойной конструкции при значении толщины второго слоя 1 мм у образца с толщиной первого слоя 3 мм минимум коэффициента отражения на частоте 11 ГГц при значении амплитуды - минус 30 дБ, а у образца с толщиной первого слоя в 1 мм (точечная линия) минимум коэффициента отражения находится на частоте 8 ГГц на уровне - минус 18 дБ
6. Показано, что коэффициент отражения от образца из магнитного материала, покрытого слоем диэлектрика, общей толщиной 3 мм меньше, чем от однослойного магнитного материала на 20 дБ.

Купить