Исследование электродинамических характеристик композитных материалов с регулярными структурами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Зотов Илья Станиславович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С РЕГУЛЯРНЫМИ СТРУКТУРАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

- 1 ДЕК 2011

Челябинск-2011

005003342

Работа выполнена в Челябинском государственном университете.

Научный руководитель:

Игорь Валерьевич Бычков профессор, доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты:

Евгений Григорьевич Екомасов профессор, доктор физико-математических наук, Юрий Алексеевич Никишин доцент, кандидат физико-математических наук

Ведущая организация:

Сыктывкарский государственный университет, г. Сыктывкар

Защита состоится 16 декабря 2011 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.296.03 при Челябинском государственном университете по адресу: 454001, г. Челябинск, ул. Бр. Кашириных, 129.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Челябинского государственного университета. Автореферат разослан «15» ноября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук,

профессор '' /V Е.А. Беленков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования определяется недостаточной разработанностью проблемы создания и исследования электродинамических характеристик композитных материалов с регулярными включениями.

Одной из актуальных проблем физики конденсированного состояния и радиофизики является задача исследования и создания радиопоглощающих материалов с малым коэффициентом отражения. Данная проблема привлекает большое внимание и имеет важное прикладное значение связанное, прежде всего, с военными нуждами, в частности, с технологиями снижения радиолокационной заметности. Однако в последнее время необходимость в таких материалах ощущается и в гражданской сфере. Это связано с тем, что окружающее нас пространство насыщенно различными электронными устройствами, излучающими в широком частотном диапазоне. При этом происходит интенсивное расширение излучаемых частот в диапазоне СВЧ. Воздействие электромагнитного излучения неблагоприятно сказывается как на высокочувствительной аппаратуре, например медицинской, так и на биологических объектах, к тому же нельзя исключать и несанкционированный доступ к информационной составляющей электромагнитного излучения [1,2]. Поэтому разработка физических основ технологии получения радиопоглощающих и слабоотражающих покрытий, а также систем защиты от электромагнитного излучения имеет важное значение. [3-7]. Решать такого рода задачи можно по-разному, например, с помощью различных металлических экранов, сеток, специальных тонкоплёночных покрытий (дифракционных экранов), ферритовых и полупроводниковых материалов, а также материалов с диэлектрическими и магнитными потерями [8-12].

В диссертации исследуются радиопоглощающие материалы, состоящие из диэлектрической матрицы Са504-2Н20, в которую добавлен мелкодисперсный проводящий наполнитель из природного графита. Отражение и поглощение электромагнитного излучения такими материалами определяется, прежде всего, наполнителем и его геометрией. Меняя содержание наполнителя в диэлектрической матрице можно варьировать эффективную комплексную диэлектрическую проницаемость, что позволяет регулировать коэффициентами отражения и поглощения материала в достаточно широком диапазоне. Также перспективными являются многослойные поглотители на основе гипсовой диэлектрической матрицы с мелкодисперсным наполнителем в виде чешуйчатого графита, меняя электродинамические характеристики отдельных слоев, можно получить материал с заданными электродинамическими характеристиками.

Не менее эффективными оказываются анизотропные композитные материалы, состоящие из диэлектрической матрицы, в которой сформирован тонкий слой частично ориентированных чешуек графита [13]. Данный композитный материал имеет сильно выраженную анизотропию диэлектрической проницаемости, вызванную сильной анизотропией проводимости самих чешуек графита. В зависимости от поляризации падающей электромагнитной волны композитный анизотропный материал будет иметь различные отражающие и поглощающие свойства. Однако необходимо отметить, что такие слоистые структуры достаточно сложны в изготовлении. В качестве более простого анизотропного

материала, электродинамические характеристики которого варьируются в широком диапазоне, можно использовать композитный материал, состоящий из диэлектрической матрицы, в которой сформирован электромагнитный кристалл [14,15]. Электромагнитный кристалл — это нелинейные искусственно созданные среды из регулярно расположенных структур с резко изменяющейся диэлектрической проницаемостью (электропроводностью) и периодом, сравнимым с длиной падающей электромагнитной волны [14]. Уникальным свойством данной структуры является наличие частотных запрещённых зон (полос непропускания электромагнитного излучения).

Цель диссертационной работ - теоретическое и экспериментальное исследование эффективной диэлектрической проницаемости, коэффициентов отражения и пропускания электромагнитных волн композитных материалов с регулярными и мелкодисперсными включениями.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить и проанализировать основные методы и подходы в теории электродинамики композитных материалов.

2. Создать композитные материалы с мелкодисперсным наполнителем и регулярно расположенными структурами.

3. Исследовать электродинамические характеристики указанных материалов.

Методы исследования

Для достижения поставленных целей в работе использовался комплекс методов: резонаторный и волноводный методы измерения эффективной диэлектрической проницаемости, регрессионный анализ.

Научная новизна

Экспериментально обнаружен эффект анизотропии эффективной диэлектрической проницаемости в слоистом композитном материале с частично ориентированным, в плоскости слоев, мелкодисперсным наполнителем из природного графита.

Экспериментально подтверждено существование широких частотных зон непрозрачности регулярной структуры - электромагнитного кристалла.

Установлено, что композитный материал, состоящий из диэлектрической матрицы и периодически расположенных в ней проводящих цилиндров (электромагнитный кристалл) с постоянной решётки а < 7 мм, в диапазоне 8-12 ГГц имеет коэффициент отражения близкий к единице.

Разработан оригинальный радиопоглощающий материал, на основе многослойных композитных структур с добавками мелкодисперсного наполнителя и периодических проводящих цилиндров, с малым коэффициентом отражения электромагнитной волны в СВЧ диапазоне.

Положения, выносимые на защиту:

1. Создан радиопоглощающий материал, состоящий из диэлектрической матрицы и мелкодисперсного природного графита, обладающий малым коэффициентом отражения в широком частотном диапазоне.

2. Предложен слоистый композитный материал, с частично ориентированным в плоскости слоев мелкодисперсным графитом, имеющий сильно выраженную анизотропию диэлектрической проницаемости. Это позволяет получить радиопоглощающий материал с большим коэффициентом поглощения при небольшой концентрации анизотропной примеси.

3. Экспериментальное подтверждение существования широких частотных зон непрозрачности электромагнитного кристалла.

4. Разработана структура, состоящая из слоя диэлектрической матрицы включающей мелкодисперсные частицы графита и слоя электромагнитного кристалла позволяющая реализовать высокоэффективный радиопоглощающий материал.

Практическая ценность работы заключается в том, что изученные композитные материалы с регулярными структурами могут быть использованы для создания радиопоглощающих и экранирующих материалов и покрытий. Результаты работы могут применяться при разработке различных фильтров, поляризаторов, устройств частотной селекции, линий задержки, разветвителей.

Апробация работы

Основные результаты были апробированы на следующих научных конференциях и симпозиумах: 1. Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» НМММ 28 июня - 4 июля 2009. г.Москва. 2. 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics «Metamaterials - 2009» 30 Aug - 4 Sept 2009. London. 3. Международная конференция. Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. 7-10 сентября 2009 г., Махачкала. 4. International Conference "Functional Materials" ICFM'2009, October 5 - 10,2009. Simferopol. 5. X Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. 9-15 ноября 2009 г. Екатеринбург. 6. XXXIII Международная зимняя школа физиков-теоретиков "КОУРОВКА". «Зелёный мыс», Ново-уральск, Свердловская область. 22 - 27 Февраля 2010 г. 7. «ВНКСФ-16» Шестнадцатая Всероссийская конференция студентов - физиков и молодых учёных, г. Волгоград, 22 - 29 апреля 2010. 8. «Волновые явления в неоднородных средах» "Волны-2010". 24-29 Мая 2010. г.Москва. 9. Физика и технические приложения волновых процессов. IX Международной научно - техническая конференция. 13 - 17 Сентября 2010 г. г.Челябинск. 10. International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. 13th-18th September 2010 in Karlsruhe, Germany. 11. XI Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. 15-21 ноября 2010 г. Екатеринбург. 12. Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции 21-23 ноября 2010 г., Махачкала. 13. Всероссийская конференция «Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро - и наноэлектроники». Уфа 2010. 14. International Conference "Days on Diffraction - 2011", St. Petersburg, Russia, May 30 - June 3,2011.15. «ВНКСФ-17» Семнадцатая Всероссийская конференция студентов - физиков и молодых учёных. 25 марта - 1 апреля 2011 года, г. Екатеринбург. 16. Всероссийская школа-

семинар «Физика и применение микроволн» Волны-2011.17. «Moscow International Symposium on Magnetism» August 21-25, 2011, Moscow. 18. International Conference "Functional Materials - 2011" October 3 - 8, 2011. Crimea, Ukraine.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 30 научных работ: 15 статей, из которых 6 в рецензируемых научных журналах, из списка рекомендованных ВАК. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.

Личный вклад автора состоит в постановке задачи исследований, выборе объектов и методов их исследований, проведении экспериментов, обработке полученных результатов, интерпретации экспериментальных данных.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 124 страницы. Библиография включает 138 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении представлен краткий обзор литературы по теме диссертационного исследования, обосновывается актуальность и новизна выбранной темы, сформулированы цели и задачи, приводятся основные результаты.

В первой главе рассматривается теория распространения электромагнитных волн в композитных материалах, основанных на порошковых наполнителях и регулярно расположенных проводящих структурах.

В первом параграфе рассматриваются методы теоретических расчетов эффективной диэлектрической проницаемости композитных материалов со случайным распределением мелкодисперсного наполнителя. Описывается модель композитного материала, представляющая собой некоторый объем диэлектрика, в котором случайным образом расположены проводящие включения в виде сферических частиц произвольного радиуса. Появление диэлектрической проницаемости обусловлено действием зарядов, индуцируемых в каждом шарике при наложении на систему электрического поля. Применимо к этой модели решается основная задача электродинамики композитных материалов, а именно: расчёт значений эффективной диэлектрической проницаемости по известным свойствам среды. При этом рассматриваются различные предельные случаи и приближения:

1. Случай малых концентраций справедлив для сильно разбавленных систем, где можно пренебречь взаимодействием соседних включений.

2. Случай малых отклонений диэлектрической проницаемости от среднего значения применим в композитных материалах, эффективная диэлектрическая проницаемость которых слабо отличается от диэлектрической проницаемости мелкодисперсного наполнителя.

3. Формула Клаузиуса-Моссотти-Лорентц-Лоренца, позволяет рассчитать локальное поле, из которого в дальнейшем получена уточнённая формула Гар-нетта для расчета эффективной диэлектрической проницаемости композитного материала учитывающая взаимное влияние соседних включений.

4. Теория эффективной среды (ТЭС) даёт более реалистичную зависимость от концентрации включений. Так же, как и теория Гарнетга, это одночастичное

приближение, но в отличие от последнего ТЭС является самосогласованной теорией. В модели рассматривается одна частица, но погружённая не в среду матрицы, а в некоторую однородную эффективную среду. Предполагается, что, во-первых, проводимость эффективной среды равна эффективной проводимости смеси и, во-вторых, что отличие проводимости эффективной среды от проводимости матрицы полностью описывает влияние оставшихся включений.

Во втором параграфе рассматривается теория распространения электромагнитного излучения в так называемых «проводных средах». В данном случае приводится аналитическая теория распространения электромагнитных волн в искусственной среде, сформированной прямоугольной решеткой из тонких идеальных цилиндрических проводников представляющая собой электромагнитный кристалл. Анализируется предельное дисперсионное уравнение, а также типичные дисперсионные кривые. Решается задача отражения плоской электромагнитной волны от поверхности раздела между полупространством проводящей среды и свободным пространством. Приводится формула для коэффициента отражения.

Во второй главе подробно описывается методика проведения экспериментальных исследований электродинамических характеристик композитных материалов, основанных на порошковых наполнителях и регулярно расположенных проводящих структурах.

Описывается модернизированный измеритель КСВН и ослаблений Р2-61.

Также рассматриваются методы измерений электродинамических характеристик композитных материалов, а именно:

1. Волноводный метод, основан на применении прямоугольного волновода, в который помещается исследуемый образец. Он позволяет измерять коэффициент пропускания и отражения электромагнитного излучения от слабопогло-щающих композитных материалов, а также определять эффективную диэлектрическую проницаемость.

2. Резонаторный метод, основан на использовании прямоугольного СВЧ резонатора, в центре которого расположен образец. Данный метод позволяет определять значение эффективной диэлектрической проницаемости слабопо-глощающих композитных материалов.

В конце главы описывается конструкция углового спектрометра позволяющего совместно с автоматизированным измерителем Р2-61 анализировать электродинамические характеристики электромагнитных кристаллов, а также композитных и метаматериалов. При исследовании композитных материалов вол-новодным и резонаторным методами, неизбежно возникают ограничения связанные с конечными геометрическими размерами волновода. Некоторые исследуемые образцы, например такие, как регулярные проводящие структуры, имеют размер гораздо больший сечения стандартного волновода 23 мм х 10 мм. Такие образцы исследовались при помощи углового спектрометра, который позволял измерять коэффициенты прохождения элеетромагнитного излучения без влияния краевых эффектов образцов.

В третьей главе приведены результаты исследований электродинамических характеристик однородных композитных материалов, состоящих из ди-

электрической матрицы Са804-2Н20 с примесью природного графита, а также композитных материалов, в которых сформирован электромагнитный кристалл. Описываются образцы, методика изготовления. Приводятся и обсуждаются полученные экспериментальные результаты.

В разделе 3.1. рассматриваются результаты исследований концентрационной зависимости эффективной диэлектрической проницаемости матрицы Са804-2Н20 с примесью природного графита. Образцы представляли собой диэлектрическую матрицу Са804-2Н20 с добавками мелкодисперсного природного графита в различной концентрации. Распределение частиц графита в объеме исследуемых образцов равномерное, а ориентация чешуек графита случайная. Такие образцы можно считать однородными и изотропными при измерениях в сантиметровом диапазоне длин волн. Концентрация графита в образцах варьировалась от 0 до 10% (масс.). При более высоких концентрациях измерения не выполнялись, так как образцы теряли свою механическую прочность, а также проявлялись эффекты перколяции. Измерения эффективных значений комплексной диэлектрической проницаемости проводились волноводным и резо-наторным методами. Исследования показали типичный характер концентрационной зависимости [16] (рис.1).

8,0 7,5 7.0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4.0

с,%

с,%

Рис. 1. Зависимость ¿т от концентрации графита при случайной

ориентации частиц графита. Сплошная кривая - линия, соединяющая экспериментальные точки.

Раздел 3.2. посвящен исследованию электродинамических характеристик электромагнитных кристаллов (рис 2).

Рис. 2. Композитный материал, изготовленный на основе диэлектрической матрицы, в которой сформирован электромагнитный кристалл.

Главным свойством, отличающим электромагнитный кристалл от дифракционной решетки, является наличие у него абсолютной запрещённой зоны (полосы непрозрачности). Существование такой зоны означает, что электромагнитное излучение определённой длины, не может распространяться в данной структуре, ни в од-

ном из направлений. В данных композитных материалах исследовались амплитудно - частотные характеристики (АЧХ) коэффициентов пропускания и отражения. Установлено, что АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного кристалла имеет зонную структуру в частотном диапазоне (рис. 3.), на графике хорошо видно окно прозрачности (0.28 - 0.32) и запрещенные зоны (окна непрозрачности) (0.22 - 0.28 и 0.32 - 0.44), что качественно согласуется с выводами, полученными в работе[15] (рис. 4).

Рис. 3. АЧХ коэффициента пропускания (Т) электромагнитного кристалла с периодом решётки 10 мм.

М 0.4 0.5 0.6 0Л

Рис. 4. Коэффициент отражения (Я), теоретически рассчитанный в работе [15].

Однако необходимо отметить, что численные значения соотношения ка/2к отличаются от результатов, полученных в работе [15]. Связано это с тем, что в работе [15] рассматривается полубесконечный кристалл, а экспериментально исследовался кристалл небольших размеров.

Также в данном параграфе рассматривается процесс формирования зонной структуры электромагнитного кристалла при увеличении количества рядов регулярно расположенных проводящих цилиндров. Ряды располагались перпендикулярно падающему электромагнитному излучению. Измерение коэффициента пропускания проводились в двух направлениях распространения электромагнитной волны А и В (рис. 5,).

Н4—

»0—*

Рис. 5. Направление распространения электромагнитного излучения относительно рядов проводящих цилиндров.

Измерения показали, что при небольшом количестве рядов (от 1 до 4) происходит постепенное формирование зонной структуры в данном частотном диапазоне (рис. 6). При количестве рядов равном 5, наблюдается чёткая картина зонной структуры АЧХ коэффициента пропускания

Рис.6. Формирование зонной структуры АЧХ коэффициента пропускания.

При дальнейшем увеличении количества рядов происходит небольшое уменьшение интенсивности АЧХ коэффициента пропускания, каких либо частотных сдвигов при этом не наблюдается. Таким образом, результаты измерений показывают, что для формирования электромагнитного кристалла в диэлектрической матрице достаточно пяти рядов регулярно расположенных проводящих цилиндров.

В конце параграфа исследуются зависимости АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного излучения от материала проводящих цилиндров, образующих электромагнитный кристалл. Изготавливались две группы образцов с регулярно расположенными цилиндрами с различной проводимостью. Первый тип образцов - это электромагнитный кристалл, образованный графитовыми цилиндрами диаметром 0,7 мм, с линейным сопротивлением 10 Ом/м. Второй тип - образован медными цилиндрами диаметром 0,7 мм с линейным сопротивлением О.ООЮм/м. В данной серии измерений исследовалась зависимость зонной структуры электромагнитного кристалла от электрической проводимости цилиндров. Измерения показали, что АЧХ коэффициента пропускания электромагнитных кристаллов, образованных графитовыми цилиндрами, имеет меньшую интенсивность в областях окон прозрачности, чем АЧХ коэффициента пропускания образцов, состоящих из медных цилиндров (рис.7.).

Рис. 7. АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного кристалла с периодом решётки 10мм образованного: Си 10шт - медными проводящими цилиндрами, С Ютт - графитовыми проводящими цилиндрами.

Данная закономерность объясняется очень большой, по сравнению с графитовыми цилиндрами, проводимостью медных цилиндров, образующих электромагнитный кристалл (аме>1000сг<}). Электромагнитная волна, падая на медный цилиндр, практически полностью отражается от тонкого (порядка нескольких микрон) скин - слоя, при этом СВЧ излучение поглощается очень слабо. У графитового цилиндра, напротив, проводимость достаточно низкая, при этом толщина скин- слоя графита 8с»5си- При падении электромагнитной волны на графитовые цилиндры, возникающие поверхностные СВЧ токи сильно поглощаются. Вследствие чего коэффициент

А,тУ

пропускания электромагнитного кристалла из графитовых стержней меньше чем у электромагнитного кристалла из медных цилиндров.

В четвертой главе приведены результаты исследований электродинамических характеристик слоистых композитных материалов, состоящих из картона, диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с примесью природного графита, а также композитных материалов, в которых сформирован электромагнитный кристалл. Описываются образцы, методика изготовления. Приводятся и обсуждаются полученные экспериментальные результаты.

Раздел 4.1. посвящен исследованию электродинамических характеристик композитных материалов, состоящих из гетерогенных слоев. Образцы представляли собой однородную матрицу СаБО^НгО со случайной ориентацией частиц графита, в которой через равные интервалы формировался тонкий слой с частично ориентированными, в одной плоскости, чешуйками графита. Такие слои, очевидно, имеют явно выраженную неоднородность, связанную с тем, что частицы графита имеют очень сильную анизотропию проводимости [13]. Проводимость <7о (вдоль слоев) больше <т£ (перпендикулярно слоям) на три порядка и более. Это приводит к анизотропии эффективной диэлектрической проницаемости, связанной с анизотропией проводимости сформированного слоя. Результаты измерений компонент эффективной диэлектрической проницаемости полученных резонаторным методом для слоистых образцов, с постоянной концентрацией графита 5%, отмечены на рис. 8 и 9. точками 1, 2. Для сравнения на рисунках также представлены графики зависимости эффективной диэлектрической проницаемости от концентрации порошка графита при его равномерном распределении по объему образца (кривая 3).

- -.-1---1---,-.-1---1-. ■ I-■-) ' I-- I---(—

02468 10 0 2 4 6 8 10

Рис. 8. Зависимость е'эфф от концентрации графита при случайной ориентации частиц графита, кривая 3. Экспериментальные точки: 1- при ориентации слоев параллельно оси цилиндра, 2- при ориентации слоев перпендикулярно оси цилиндра.

Рис. 9. Зависимость £1РФ от концентрации графита при случайной ориентации частиц графита, кривая 3. Экспериментальные точки: 1- при ориентации слоёв параллельно оси цилиндр, 2- при ориентации слоёв перпендикулярно оси цилиндра.

Эффективные значения диэлектрической проницаемости слоистых образцов очень сильно зависят от взаимной ориентации слоя с частично ориентированными частицами графита и вектора Е падающей электромагнитной волны. Если вектор Е был перпендикулярен плоскости слоя, то слоистая структура образца не проявлялась, и при измерениях образец вел себя как материал со случайным распределением частиц графита (рис. 8 и рис. 9, точки 2). Если вектор Е был параллелен плоскости слоя, то происходило увеличение эффективной диэлектрической проницаемости, например, Е'-,фф от 7 до 10,2 и £"3фф от 0,06 до 0,11 в образцах с 5% содержанием графита. Это увеличение е^фф и отмечено на графиках рис.8 и рис. 9 точками 1. Исследованные композитные материалы имели анизотропию эффективной диэлектрической проницаемости связанную с ориентированными чешуйками графита.

В разделе 4.2. рассматриваются электродинамические характеристики многослойных композитных материалов. Трёхслойные образцы с мелкодисперсным наполнителем - это слоистые композитные материалы градиентного типа, состоящие из картона, диэлектрической матрицы (Са804-2Н20) и природного графита. Для исследования коэффициента отражения композитных материалов градиентного типа, были изготовлены образцы слоистых поглотителей трех видов (рис. 10.): 1. Двухслойный образец, состоящий из слоя картона и слоя Са8042Н20. 2. Трехслойный образец аналогичен первому образцу и добавлен слой Са804-2Н20 с 5% примесью графита (в массовом соотношении), равномерно распределённой по объему образца. 3. Четырехслойный образец аналогичен второму образцу и добавлен тонкий слой частично ориентированных чешуек графита.

1) 2) 3)

Рис. 10. Многослойные образцы. Размеры даны в мм.

Результаты измерений коэффициента отражения от модели полубесконечной среды в волноводе (приведены на рис. 11) показали, что максимальный коэффициент отражения наблюдался на двухслойном образце картон, Са804-2Н20 (кривая 1, рис.11). Добавление третьего слоя Са804-2Н20 с примесью графита снизило К (кривая 2). Минимальный коэффициент отражения имел образец, в котором был сформирован тонкий слой с ориентированными чешуйками графита (кривая 3).

Рис. 11. Частотная зависимость коэффициента отражения (Я). 1 - двухслойный образец. 2 - трёхслойный образец. 3 - четырёхслойный образец.

Рис. 12. Частотная зависимость коэффициента прохождения (Т). 1 -двухслойный образец. 2 - трёхслойный образец. 3 - четырёхслойный образец.

Аналогичные зависимости наблюдаются при измерении в волноводе коэффициента пропускания электромагнитного излучения через многослойные образцы (рис. 12). Максимальную прозрачность в диапазоне СВЧ имеет двухслойный образец: картон, Са804-2Н20 (рис. 12, кривая 1). Немного меньше пропускает трёхслойный образец (кривая 2). Добавление тонкого слоя частично ориентированных чешуек графита позволило добиться минимального пропускания СВЧ излучения (кривая 3). Результаты измерений показывают возможность практического создания радиопоглощающих материалов с заданными электродинамическими свойствами.

В разделе 4.3. рассматриваются электродинамические характеристики двухслойных композитных материалов с применением электромагнитного кристалла. Двухслойные образцы состоят из слоя диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с графитовым наполнителем в 5% концентрации и слоя диэлектрической матрицы, в которой сформирован электромагнитный кристалл (рис. 13.). В данных образцах исследовались коэффициенты отражения и пропускания электромагнитного излучения.

Рис. 13. Двухслойный композитный материал.

г * - „" Исследования показали хорошие

• I I I , экранирующие свойства данного у ^■•чщ материала (коэффициент пропуска>:.-., • ' .....■ Л'ШВг ния - 35дБ) и при этом небольшой

• ' - тх. •• коэффициент отражения-6 дБ. Данные результаты отчётливо показывают возможность получения слабо отражающих материалов с хорошими экранирующими свойствами при сочетании поглотителя и электромагнитного кристалла.

В заключении сформулированы общие выводы диссертационной работы.

В работе были выполнены теоретические и экспериментальные исследования электродинамических характеристик композитных материалов на основе порошковых наполнителей и регулярно расположенных проводящих структур. Показана возможность применения данных материалов в качестве высокоэффективных радиопоглощающих покрытий для защиты различных объектов от неблагоприятного воздействия электромагнитного излучения. Основные результаты диссертационной работы:

1. Теоретически и экспериментально исследована концентрационная зависимость эффективной диэлектрической проницаемости в композитных материалах на основе диэлектрической матрицы Са504-2Н20 со случайным распределением мелкодисперсного наполнителя из природного графита. Показано, что с ростом концентрации графита увеличивается эффективная диэлектрическая проницаемость материала.

2. Экспериментально исследованы электродинамические характеристики анизотропных композитных материалов на основе диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с регулярным распределением анизотропных проводящих слоев из природного графита. При ориентации вектора Е падающей электромагнитной волны параллельно анизотропному слою проявляется эффект резкого увеличения эффективной диэлектрической проницаемости.

3. Экспериментально исследованы АЧХ коэффициентов отражения и про-

пускания композитных материалов, образованных диэлектрической матрицей Са804-2Н20 в которой сформирована регулярная структура из медных и графитовых цилиндров. Окна прозрачности и запрещённая зона наблюдаются у электромагнитного кристалла с периодом решетки 10 мм.

4. Разработан и экспериментально исследован оригинальный высокоэффективный радиопоглощающий материал на основе многослойных композитных структур с добавками мелкодисперсного наполнителя и регулярно расположенных проводящих цилиндров.

Список цитируемой литературы

1. Маркин, А.В. Безопасность излучений от средств электронно-вычислительной техники: домыслы и реальность// Зарубежная радиоэлектроника. -1989.

2. Владиславский, В. Комплексная автоматизация и защита информации/ В. Владиславский, В. Герасимов // Зарубежная радиоэлектроника. - 1975. -№2.-С. 49-63. № 12.-С.102-124.

3. Казанцева, Н.Е. Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона / Н.Е. Казанцева, Н.Г. Рывкина, И .А. Чмутин // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 48., № 2.-С. 196-209.

4. Шнейдерман, Я.А. Радиопоглощающие материалы // Зарубежная радиоэлектроника. - 1975. -№2. - С. 93-113. №3. - С. 71-92.

5. Торгованов, В.А. Безэховые камеры И Зарубежная радиоэлектроника. -1974.-№12.-С. 20-46.

6. Алимин, Б.Ф. Современные разработки поглотителей электромагнитных волн и радиопоглощающих материалов II Зарубежная радиоэлектроника. -1989. -№2.- С. 75-82.

7. Anechoic, R.F. Chamber Test Facilities. - KEENE Corp, 1982. - 154 p.

8. Минин,Б.А. СВЧ и безопасность человека. - М.: Сов. радио, 1974. - 351 с.

9. Крылов, В.А. Защита от электромагнитных излучений / В.А. Крылов, Т.В. Юченкова. - М.: Сов. радио, 1972. - 216 с.

10. Конструирование экранов и СВЧ- устройств / Под ред. A.M. Чернушен-ко. - М.: Радио и связь, 1990. - 351 с.

11. Титов, А.Н. К синтезу сверхширокополосного радиопоглощающего слоя // Автоматизир. проектир. устройств СВЧ. - Моск. ин-т радиотехн., электрон, и автомат., 1991.-С.110-119.

12. Воротницкий, Ю.И. Оптимальное проектирование многослойных поглотителей электромагнитных волн // Болг. физ.ж. - 1987. - Т. 14, №4. - С. 378-385.

13. Zotov, I.S. Dielectric-graphite composite electrodynamical characteristics / l.V.Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. London, 30 Aug-4 Sept 2009. - L, 2009.

14. Гуляев, Ю.В. Метаматериалы: Фундаментальные исследования и перспективы применения / Ю.В. Гуляев, А.Н. Лагарьков, С.А. Никитов // Вестник российской академии наук. -2008. - Т. 78, № 5. - С. 438-457.

15. Belov, Р.А. Dispersion and reflection properties of artificial media formed by regular lattices of ideally conducting wires/ P.A. Belov, S.A. Tretyakov, A.J. Viitanen. J. // Waves and Appl. - 2002. - Vol. 16, №.8. - P. 1153-1170.

16. Одаренко, E.H. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн / Е.Н. Одаренко, О.С. Островский, А.А. Шматько // Ф1П ФИЛИ PSE. -2003,-Т. 1, №2.-С. 161-172.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК

А1. Зотов, И.С. Исследование эффективной диэлектрической проницаемости композитного материала CaS04-2H20 - графит / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, А.А Федий // Вестник Челябинского государственного университета. Вып. 9, Физика. -2011. -№7 (222). - С. 7-15. А2. Зотов, И.С. Исследование прохождения и отражения СВЧ излучения в многослойных композитных материалах CaS04-2H20 - графит / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий II Письма в ЖТФ. Т. 37, вып. 14. - 2011. — С. 9094.

A3. Зотов, И.С. Исследование прозрачности изотропного метаматериала в СВЧ диапазоне / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, А.А. Федий // Вестник ЧелГУ. Вып. 10, Физика. - 2011. - № 15 (230). - С. 31-36.

А4. Зотов, И.С. Прохождение СВЧ излучения через электромагнитный кристалл образованный графитовыми цилиндрами / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Калганов, А.А. Федий // Вестник ЧелГУ. Вып. 10, Физика. - 2011. -№ 15 (230). - С. 25-30.

А5. Зотов, И.С. Угловой спектрометр для исследования метаматериалов / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, А.А Федий, ВГ.Шавров // Журнал радиоэлектроники. - 2011. - №5. - С. 1-12. http://jre.cpHre.ru/jre/may 1 l/6/text.html

А6. Зотов, И.С. Исследование амплитудно-частотной характеристики коэффициента пропускания двумерного электромагнитного кристалла, образованного медными цилиндрами / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Письма в ЖТФ. Т. 37, вып. 23. - 2011. - С. 39-44.

Статьи в сборниках трудов и тезисов конференций

А7. Зотов, И.С. Электродинамические характеристики слоистого композита диэлектрик графит / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах». Москва, 28 июня-4 июля 2009 г. -М., 2009. - С. 122-123.

А8. Zotov, I.S. Dielectric-graphite composite electrodynamical characteristics / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics «Metamaterials - 2009». London, 30 Aug-4 Sept 2009. - L.: Metamorphose-VI, 2009. - P. 602-604.

A9. Зотов, И.С. Слабо отражающие покрытия из простых строительных материалов / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции. Махачкала, 7-10 сентября 2009 г. — Махачкала, 2009.-С. 392-395.

А10. Зотов, И.С. Композитный материал с применением электромагнитного кристалла / В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // XII Всероссийская школа - семинар «Волновые явления в неоднородных средах». Москва, 24-29 мая 2010 г. Труды школы-семинара «Волны-2010». Секция 8. - М., 2010. - С. 22-23.

All. Zotov, I.S. Reflection properties of electromagnetic crystal based composite material / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Fourth International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. Karlsruhe, Germany, 13th-18th September 2010. - Karlsruhe: Metamorphose-VI, 2010 - P. 268-270.

A12. Зотов, И.С. Особенности пропускания электромагнитного излучения анизотропным неоднородным композитным материалом / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции. Махачкала, 21-23 ноября 2010 г. - Махачкала, 2010.-С. 515-518.

А13. Зотов, И.С. Исследование электродинамических характеристик электромагнитного кристалла с использованием углового спектрометра и автоматизированного измерителя Р2-61 / Ю.А. Быков, И.С. Зотов, Д.А. Калганов // Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Лекции и научные статьи. - Уфа 2011.-С. 36-44.

А14. Зотов, И.С. Спектрометр для исследования композитных и метаматериа-лов / Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, Д.М. Сарваров, А.А. Фе-дий // Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Лекции и научные статьи -Уфа, 2011.-С. 86-90.

А15. Зотов И.С. Исследование анизотропных свойств и электродинамических характеристик электромагнитного кристалла // Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Лекции и научные статьи. Уфа, 2011. - С. 91-94. »

А16. Зотов, И.С. Двумерный электромагнитный кристалл на основе медных периодических структур / И.В. Бычков, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, А.А. Федий // XIII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» («Волны-2011»), Труды школы-семинара «Волны-2011». Секция 5. - С. 2022.

А17. Zotov, I.S. Radiation absorbing covers of low reflection coefficient / I.V. By-chkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conférence «Func-tional Materials» ICFM'2009. October 5 - 10, 2009. - Simferopol, 2009 - P 305.

A18. Зотов И.С. Слоистые композитные материалы с анизотропией проводимости // Юбилейная X Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Тезисы докладов. Екатеринбург, 9-15 ноября 2009 г. - Екатеринбург, 2009. - С. 101.

А19. Зотов, И.С. Отражательные свойства двумерного электромагнитного кристалла в СВЧ диапазоне / В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, И.С. Зотов, Д.М. Сарваров, А.А. Федий // XXXIII Международная зимняя школа физиков-теоретиков «КОУРОВКА». Тезисы докладов. «Зелёный мыс». Свердловская область, Новоуральск, 22-27 февраля 2010 г. - Новоуральск, 2010 - С 73.

А20. Зотов, И.С. Радиопоглощающие покрытия на основе электромагнитного кристалла и анизотропного композита / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // «ВНКСФ-16» Шестнадцатая Всероссийская конференция студентов-физиков и молодых учёных. Материалы конференции. Волгоград, 22-29 апреля 2010 г. - Волгоград, 2010. - С. 556.

А21. Зотов, И.С. Коэффициент пропускания анизотропного композитного материала/ И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Физика и технические приложения волновых процессов. Материалы IX Международной научно -технической конференции. Челябинск, 13-17 сентября 2010 г. - Челябинск, 2010.-С. 114.

А22. Зотов И.С. Исследование коэффициента пропускания электромагнитного кристалла // XI Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Тезисы докладов. Екатеринбург, 15-21 ноября 2010 г. - Екатеринбург, 2010. - С. 127.

А23. Зотов И.С. Исследование анизотропных свойств и электродинамических характеристик электромагнитного кристалла // Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и нано-элекгроники. Тезисы докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых учёных. - Уфа, 2010. -С. 42-43.

А24. Зотов, И.С. Спектрометр для исследования композитных и метаматериа-лов / Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, Д.М. Сарваров, А.А. Фе-дий // Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Тезисы докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых учёных. — Уфа, 2010. - С. 40-41.

А25. Zotov, I.S. Composite materials based on electromagnetic crystal / I.V. By-chkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Annual International Conference «Days on Diffraction — 2011». St. Petersburg, Russia, May 30-June 3 2011. - St. Petersburg: Abstracts.-P. 111-112.

A26. Anzulevich Anton. Absorption of the electromagnetic wave in structure of nonmagnetic conductor - magnet / Anton Anzulevich, Leonid Butko, Vasiliy Buchelnikov, Igor Bychkov, Ilya Zotov, Alecsander Fediy // Annual International Conference «Days on Diffraction - 2011». St. Petersburg, Russia, May 30-June 3 2011. - St. Petersburg: Abstracts. - P. 110-111.

A27. Зотов, И.С. Исследование зонной структуры электромагнитного кристалла с использованием углового спектрометра и автоматизированного измерителя Р2-61 / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А..А.. Федий // Семнадцатая Всероссийская конференция студентов - физиков и молодых учёных. «ВНКСФ-17». Екатеринбург, 25 марта - 1 апреля 2011г. Тезисы конференции. - Екатеринбург, 2011.-С. 491.

А28. Zotov, I.S. Electromagnetic crystal low reflectivity material / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // «Moscow International Symposium on Magnetism». Moscow, August 21-25 2011. - M.: Abstracts, 2011. -P. 793.

A29. Zotov, I.S. Composite material with low reflectivity based on a electromagnetic ciystal / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conference «Functional Materials» ICFM'2011. October 3 - 8 2011. - Simferopol, 2011.-P. 308.

A30. Zotov, I.S. A simple model of the anisotropic metamaterial / I.V. Bychkov, D.V. Dubrovskikh, I.S. Zotov, D.A. Pavlov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conference «Functional Materials» ICFM'2011. October 3-8 2011. -Simferopol, 2011.-P. 292.

Зотов Илья Станиславович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С РЕГУЛЯРНЫМИ СТРУКТУРАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 09.11.2011. Формат 60x84 Vie. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,1. Уч-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 126. Бесплатно.

Челябинский государственный университет 454001 Челябинск, ул. Бр. Кашириных, 129 Полиграфический участок Издательства ЧелГУ 4S4021 Челябинск, ул. Молодогвардейцев, 576

Введение

Глава 1. Теоретический расчёт электродинамических характеристик композитных материалов

1.1. Теоретический расчёт эффективной диэлектрической проницаемости композитных материалов с равномерным распределением мелкодисперсного наполнителя

1.1.1. Приближение невозмущённого поля

1.1.2. Формулы Лорентц-Лоренца, Гарнетта

1.1.3. Теория эффективной среды

1.2. Теоретический расчёт электродинамических характеристик композитных материалов на основе электромагнитных кристаллов

1.2.1. Дисперсионное уравнение.

1.2.2. Коэффициент отражения

1.3. Выводы

Глава 2. Методы измерений электродинамических характеристик композитных материалов на сверхвысоких частотах

2.1. Автоматизированный измеритель Р2

2.2. Измерение коэффициентов отражения и пропускания электромагнитного излучения слабопоглощающими материалами в волноводе

2.3. Волноводный метод измерения диэлектрической проницаемости слабопоглощающих материалов

2.4. Резонаторный метод измерения диэлектрической проницаемости слабопоглощающих материалов

2.5. Угловой спектрометр

2.6. Выводы

Глава 3. Исследование электродинамических характеристик однородных-композитных материалов

3.1. Исследование эффективной диэлектрической проницаемости матрицы CaS04-2H20 с примесью природного графита

3.2. Исследование электродинамических характеристик электромагнитных кристаллов

3.3. Выводы

Глава 4. Исследование электродинамических характеристик слоистых композитных материалов

4.1. Исследование композитных материалов из гетерогенных слоев

4.2. Исследование трёхслойных композитных материалов

4.3. Исследование двухслойных композитных материалов с электромагнитным кристаллом

4.4. Выводы 102 Заключение 103 Список публикаций автора 105 Список литературы

Актуальность темы исследования определяется недостаточной разработанностью проблемы создания и исследования электродинамических характеристик композитных материалов с регулярными включениями.

Одной из важных проблем физики конденсированного состояния и радиофизики является задача исследования и создания радиопоглощающих материалов с малым коэффициентом отражения. Данная проблема привлекает большое внимание и имеет важное прикладное значение связанное, прежде всего, с военными нуждами, в частности, с технологиями снижения радиолокационной заметности. Однако в последнее время необходимость в таких материалах ощущается и в гражданской сфере. Это связано с тем, что окружающее нас пространство насыщенно различными электронными устройствами, излучающими в широком частотном диапазоне: При этом происходит интенсивное расширение излучаемых частот в диапазоне СВЧ. Воздействие электромагнитного излучения неблагоприятно сказывается-как на высокочувствительной аппаратуре, например медицинской, так и на биологических объектах, к тому же нельзя исключать и несанкционированный' доступ к информационной составляющей электромагнитного-излучения-[1,2]. Поэтому разработка физических основ технологии получения радиопоглощающих и слабоотражающих покрытий, а также систем защиты от электромагнитного излучения имеет важное значение. [3-7]. Решать такого рода задачи можно по-разному, например, с помощью различных металлических экранов, сеток, специальных тонкоплёночных покрытий (дифракционных экранов), ферритовых и полупроводниковых материалов, а также материалов с диэлектрическими и магнитными потерями [8-12]. Радиопоглощающие материалы предназначены для уменьшения отражения радиоволн внутри экранируемых объектов [13]. Характеристики некоторых серийно выпускаемых поглотителей приведены в/[4-7]. С точки зрения электродинамики для более эффективного поглощения СВЧ излучения предпочтительно использовать материалы, имеющие высокие значения мнимых частей диэлектрической и (или) магнитной проницаемостей. Основные физические свойства ряда материалов (диэлектриков, сегнетоэлектриков, металлов, их окислов, полупроводников, ферритов), которые могут использоваться при создании поглощающих конструкций, приведены в работах [14-20]. В этом смысле наиболее эффективным экранирующими материалами являются идеальные проводники (металлы). В то же время, при падении электромагнитных волн на материал, имеет место отражение от границы раздела сред. Чем больше несоответствие волновых сопротивлений сред, тем больше величина

I ч коэффициента отражения. С этой точки зрения использование в качестве радиопоглощающих материалов металлов в чистом виде оказывается неприемлемым, так как практически невозможно осуществить согласование бесконечно малого волнового сопротивления металла с конечным по величине волновым сопротивлением свободного пространства. Исключение составляют поглотители, в которых поглощение электромагнитной энергии происходит в тонких металлических пленках [21,22].

Радиопоглощающее покрытия характеризуется, главным образом значениями коэффициентов отражения и прохождения, рабочим диапазонам длин волн, а также толщиной. Разработки таких покрытий сводятся, в первую очередь, к созданию композитных материалов минимальной толщины с минимальными коэффициентами отражения и прохождения в максимально широком диапазоне длин волн.

При создании широкополосных поглощающих покрытий ключевой задачей является согласование поглощающей структуры с окружающим пространством, при котором интегральный' эффект отражения минимален. Существует несколько способов уменьшения отражения монохроматических электромагнитных волн от проводящих (отражающих) поверхностей.

Наиболее простые материалы с небольшим коэффициентом отражения легко получаются на основе пористых композитов [23], в которых поглотитель насыщен заданным количеством микропор. Существенным недостатком данных поглотителей является достаточно высокий коэффициент пропускания.

Второй простой способ уменьшения отражения является резонансным и основан на принципе экрана Солсбери. Слой (тонкая пленка) поглощающего (проводящего) материала [21,24] расположен на расстоянии XI4 перед проводящей поверхностью. Условия оптимального согласования для реальной диэлектрической структуры, рассмотрены в работах [25,26]. Еще одной конструкцией поглотителя электромагнитных волн является поглотитель, состоящий из слоя радиопоглощающего материала, перед которым располагается согласующий четвертьволновый слой из не поглощающего материала. Такой поглотитель эффективно работает только на фиксированной частоте и при нормальном падении волны на проводящую поверхность, поэтому применение этого способа на практике малоэффективно. Расчет многослойного экрана Солсбери с широкополосной АЧХ' проведен в работе [27].

Третий, способ уменьшения- отражения основан на том, что волновое 1 /' сопротивление непроводящего материала определяется выражением Ъ — (ц/е) . Выбором нужного отношения магнитной и диэлектрической проницаемости \х./г можно сделать Ъ, равным сопротивлению свободного пространства. На этом принципе строятся ферритовые поглотители. Их типичный диапазон применения от 30 МГц до 1 ГГц. Обычно ферриты располагают на проводящей поверхности, которая отражает падающую волну. Таким образом, волна, отраженная от проводящей поверхности, - должна дважды пройти через поглощающий материал. На определенных частотах отраженная волна и падающая волна будут погашать друг друга, как в случае экрана Солсбери, и поглощение будет очень эффективным. Отражающая способность в максимуме естественного ферромагнитного резонанса для ферритовых поглотителей, используемых подобным образом, составляет — (25 35) дБ (т.е. отражается менее 2 % падающей энергии), при толщине материала 5^-8 мм, что составляет часть расстояния У Л, требуемого для экрана Солсбери. Эти материалы имеют заметный резонанс, но при этом достаточно эффективно поглощают в широком диапазоне для частот ниже 1 ГГц [28].

В работах [28,29] отмечаются преимущества и недостатки использования материалов типа ферритов и других магнитодиэлектриков для создания поглотителей электромагнитных волн. В качестве тонкослойных поглотителей ферриты с высокой магнитной проницаемостью имеют существенное преимущество - малая толщина слоя. Вопросы расчета характеристик и применения тонких монокристаллических пленок ферритов в устройствах СВЧ рассмотрены в работах [28,30,31]. Методика определения характеристик многослойной анизотропной структуры с бесконечно тонкими импедансными пленками приведена. в работе [32].

В настоящее время получили широкое распространение бариевые гексагональные ферриты [33,34]. Поглощение электромагнитного излучения гексаферритами происходит, в основном, также за счет естественного ферромагнитного резонанса. Причем частоту резонанса можно изменять путем легирования ферритов различными элементами - А1, 8с и др. [35], которые приводят к изменению внутренних магнитных полей материалов. Большое внимание специалистов привлекают разработки поглотителей на основе композитных материалов, в частности из ферритрезиновых смесей с включенными в них короткими металлическими волокнами [36]. Введение в материал волокон в количестве от 1 до 3 % по массе смеси позволяет изменять диэлектрическую проницаемость в широких пределах. В работе [37] рассмотрены композитные материалы на основе ферритовых взвесей.

В композитных материалах, электродинамические характеристики которых можно менять в широком диапазоне, применяют диэлектрическую матрицу с добавками искусственных наполнителей в качестве которых часто используют металлические проводники различной формы [38-40]. Материалы, содержащие проводящие включения сложной формы: разомкнутые и замкнутые проводящие кольца [41,42], омега-частицы [43], одинарные и би-спирали [44,45], диэлектрические включения „различной формы с большой диэлектрической проницаемостью [46], имеют уникальные характеристики в СВЧ диапазоне, которые невозможно достигнуть в композитах, построенных на основе порошков металлов. Например, возможно проявление сильной дисперсии-и получение больших, а в некоторых случаях даже отрицательных значений диэлектрической проницаемости и др. Такие включения формируют систему эквивалентных резонансных контуров с широкой полосой поглощения. Широкая полоса обусловлена двумя факторами: Во-первых, несмотря на то, что металлические включения! имеют размеры много меньше длины падающей I волны, они являются резонаторами с малой добротностью, т.е. имеют широкую полосу поглощения. Во-вторых, такие включения образуют систему связанных резонаторов, что многократно уширяет полосу поглощения. В случае нитевидных металлических включений композитный материал приобретает дополнительную эффективную поляризуемость, резонансно зависящую от частоты^ поля. В' работе [38]« показано, что среда, содержащая*, элементы из кольцевых проводников имеет диамагнитные свойства и большие магнитные потери в широком диапазоне частот. Использование в качестве наполнителя металлических спиралей [40] способствует уменьшению коэффициента отражения электромагнитных волн из-за дополнительных связей между электрическими и магнитными полями. Достоинством киральных сред [47-70] является возможность увеличения эффективной магнитной проницаемости без применения тяжелых магнитных материалов.

Поглотители с геометрическими, неоднородностями имеют значительные размеры, по сравнению с плоскими поглотителями, однако при этом обладают рядом достоинств. В поглотителях такого типа наиболее просто реализуется широкая рабочая полоса частот при малом коэффициенте отражения, они достаточно технологичны и обладают хорошими эксплуатационными характеристиками. Хорошо известно, что негладкая (рифленая, гофрированная, покрытая мелкими конусами, игольчатая) внешняя поверхность поглотителя уменьшает коэффициент отражения электромагнитного излучения. Методы расчета поглотителей с геометрическими неоднородностями на примере клиновидных поглотителей приведены, в работе [71]. Такой же эффект достигается при текстурировании внутренних слоев многослойного покрытия. Простейший вариант текстурирования - создание:внутренних неоднородных по толщине слоев или формирование неплоской границы раздела сред. Более сложный, вариант — создание нескольких внутренних слоев, представляющих собой дифракционные решетки [72,731. Применение частично селективных поверхностей^ во внутренних слоях многослойного поглотителя позволяет расширить рабочий диапазон частот, поскольку в этом случае появляется; возможность- одновременной реализации поглощения, дифракции и интерференции электромагнитной? волны. В работе [74] рассчитаны структуры, многослойных диэлектрических- покрытий. Коэффициент отражения предложенных структур менее —20 дБ в диапазоне частот 18.36 ГГц. Для расширения: полосы рабочих частот в работе [26] предлагается: в качестве ' 1 поглощающих компонентов; использовать смесь ферритового порошка и проводящих волокон.

Использование многослойного покрытия из различных материалов позволяет расширить диапазон и оптимизировать покрытие по толщине [37,74,75]. В: последние- десятилетия особый» интерес уделяется к слоисто- , периодическим структурам:, на основе тонких пленок металлов, полупроводников и: диэлектриков. Данные слоистые периодические среды могут рассматриваться как новый тип искусственных материалов со своими новыми физическими; свойствами. Также оказывается, что свойствами таких сред можно эффективно управлять с помощью внешних физических воздействий (температура, упругие напряжения, магнитные и электрические поля). Реакция слоистых периодических структур на электромагнитные излучения зависит от электрических и магнитных параметров и толщины слоев. Также, неослабевающий интерес к слоисто-периодическим структурам связан с тем, что в оптическом диапазоне частот и при соответствующих размерах слоев эти структуры представляют собой одномерные фотонные кристаллы, которые характеризуются зонным спектром электромагнитных волн. Запрещенная зона в спектре электромагнитных волн периодической структуры определяется различием величин диэлектрической, магнитной проницаемостей и толщиной слоя. Зонный спектр электромагнитных волн уже исследован для некоторых слоисто-периодических структур, например, спектр электромагнитных волн структуры полупроводник-диэлектрик исследован в работе [76]. Спектр и особенности распространения электромагнитных волн в слоистых магнитных фотонных кристаллах рассмотрен в работе [77]. Методам расчета слоисто-периодических структур, их спектров коэффициентов отражения, прохождения и поглощения электромагнитных волн посвящено большое количество публикаций [78-85].

Еще одним типом слоистых композитных материалов являются поглотители градиентного типа, в которых используется принцип постепенного изменения от сопротивления Ъ и проводимости <т = 0 свободного пространства на поверхности падения поглотителя до более низкого сопротивления и более высокой проводимости на его задней (тыльной) стороне [24,86]. Это постепенное изменение может быть достигнуто либо изменением свойств материала, либо изменением его геометрической формы, что реализуется в пенных пирамидах с углеродным наполнением. Такие поглотители могут обладать большой широкополосностью при малой величине коэффициента отражения и небольшой толщине поглотителя, однако являются наиболее сложными с точки зрения практического воплощения. Методики расчета градиентных структур приведены в работах [21,87,88]. Обзоры электродинамических методов анализа неоднородных сред можно найти в работах [71,89].

Широкополосные поглотители можно создавать на основе многослойных покрытий из различных материалов. При создании подобных поглотителей учитываются два основных условия: согласование с внешним пространством, т.е. пренебрежимо малое отражение от внешней поверхности, и полное поглощение энергии волны, прошедшей внутрь покрытия. Наиболее широкополосными являются поглотители с комбинированным принципом действия: Сложная* задача получения заданного коэффициента отражения в требуемых частотных диапазонах при определенных ограничениях на параметры материалов рассматривается в работах [11,74,86]. В решение подобных задач входит подбор специальных сред и распределение их электродинамических характеристик по фазовому пространству материала. В работе [12] предложена-методика проектирования многослойных поглотителей, которая позволяет выполнить расчет оптимальных широкополосных поглотителей с учетом частотной дисперсии диэлектрической- и магнитной проницаемостей материалов слоев: При этом необходимо и оптимизировать их по толщине [75,86,90,91]. Во многих материалах в качестве эффективного поглотителя в диэлектрическую1 матрицу вводят мелкодисперсный порошок металлов или других проводящих материалов. В многослойных поглотителях электропроводность слоев1 увеличивается от поверхности вглубь поглотителя [86,91]. В работе [23] отмечается* что в металлодиэлектрической керамике минимальный коэффициент отражения наблюдается при концентрации металла примерно 60%. Однако исследования эпоксидной смолы с добавками металлов [92] показали, что минимальный коэффициент отражения фиксируется и при объемной концентрации металлических включений 15-20%. Композитные покрытия на основе металлодиэлектрических волокон [72] имеют коэффициент отражения не более —17 дБ в полосе 10-32 ГГц. В «работе [93] теоретически I I 1 I 1 показано принципиальное ограничение для ширины рабочего диапазона многослойных поглотителей.

Широкий рабочий диапазон частот имеют поглотители на основе композитов с электропроводящими волокнами. На основе композитных электропроводящих волокон в смеси с ферритами разработаны однослойные радиопоглощающие покрытия [72,94]. Разрабатываются также покрытия, в которых вместо проводящих волокон применены проводящие полимеры. Проводящие полимеры используются в основном в многослойных покрытиях поглощающего типа [95]. Так полимерный поглотитель из полипирол-полихлоропрена имеет Л не выше —10 дБ в диапазоне 5-18 ГГц.

Перспективными являются материалы с магнитодиэлектрическими потерями [96]. Многослойные поглотители с -использованием ферритов или ферромагнитных материалов имеют очень широкую полосу поглощения при достаточно малом коэффициенте отражения. Например, трехслойный поглотитель [97] обеспечивает Ы< -10с1В в диапазоне частот 5.40 ГГц при толщине 2 мм. Данный материал выполнен на основе волокон, наполненных карбонильным железом. Широкополосность обеспечивается плавным изменением комплексной диэлектрической проницаемости и комплексной магнитной проницаемости по толщине поглотителя.

Если увеличивать число слоев при соответствующем расширении диапазона, то по своим свойствам многослойные поглотители будут близки к поглотителям градиентного типа.

Широкий рабочий диапазон частот так же имеют поглотители на основе композитов с электропроводящими волокнами. На основе композитных электропроводящих волокон в смеси с ферритами разработаны однослойные радиопоглощающие покрытия [72,94]. Разрабатываются также покрытия, в которых вместо проводящих волокон применены проводящие полимеры. Проводящие полимеры используются в основном в многослойных покрытиях поглощающего типа [95]. Так полимерный поглотитель из полипирол-полихлоропрена имеет Я не выше —10 дБ в диапазоне 5-18 ГГц.

Широко применяются поглотители с диэлектрическими потерями. В СВЧ диаппазоне свойства полярных жидкостей (воды, спиртов или их смеси) позволяют создавать поглотители, в которых рабочей средой являются водноспиртовые смеси, но и здесь имеются ограничения уровня коэффициента отражения и рабочего диапазона [98]. Такие варианты ПМ^ имеют коэффициент отражения не выше -10. .-12 дБ в диапазоне частот 2. .40 ГГц.

К особенно перспективным магнитным материалам следует отнести гранулированные материалы, представляющие собой наноструктурный композит, в котором металлические ферромагнитные наночастицы с аморфной или кристаллической структурой расположены в диэлектрической матрице [99101].

Механизм поглощения электромагнитной волны, в материалах типа металл-диэлектрик, полупроводник-диэлектрик, феррит-диэлектрик определяется механизмом поглощения в металлах (полупроводниках, ферритах). При взаимодействии* электромагнитногоизлучения' с металлом объем-, в котором наблюдается» эффективное поглощение, ограничивается величиной скин-слоя. На модельных ферромагнитных пленках было показано [102], что эффективную1 глубину скин-слоя< можно увеличить путем разбиения толстого слоя металла на более тонкие, изолированные друг от друга слои, причем толщина каждого • слоя не должна превышать величины скин-слоя для данного металла при определенной длине волны. Однако отсутствие анизотропных свойств и технологическая легкость получения, позволяет считать, что порошковые (композитные) поглощающие материалы более универсальны [23,90,103]. Для порошковых материалов, предназначенных для объемного поглощения энергии электромагнитной волны, одним* из главных является вопрос о микроструктуре материала. Оценка роли размера изолированных металлических частиц и микрообъемов приведена в работе

104]:. Максимальное поглощение в материале типа металл-окисел алюминия наблюдается при весовом содержании в. сплавах металлической составляющей 40-50%. При большем; процентном содержании металлической компоненты эффект объемного поглощения исчезает — падающая волна, практически полностью отражается. Такие закономерности справедливы для широкого диапазона частот и углов падения волн.

В работе [13] обзорно рассмотрены пути решения задачи экранирования и защиты от электромагнитного излучения. СВЧ диапазона с применением различных- дифракционных- экранов: . При создании; дифракционных экранов необходимо; учитывать многие факторы: мощность отражённого сигнала, затухание: электромагнитной волны в материале экрана, а также побочные' эффекты. Сквозное затухание в экранирующем материале: может быть определено: различными; способами; Например, согласно результатам,, приведенным? в работе: [9], поглощение электромагнитного излучения экранирующим металлическим покрытием увеличивается с ростом частоты электрического поля, магнитной проницаемости, проводимости и толщины металлического экрана. Отражение в таком случае- определяется в основном несоответствием. волновых сопротивлению свободного- пространства1, и экранирующего покрытия. ^

Для эффективной защиты от электромагнитного излучения необходимо * применять материалы с очень хорошей электропроводностью [105]. Однако при этом, очевидно, возникают трудности в сочетании свойств прозрачности и высокой электропроводности экранирующего материала. В качестве решения данной; проблемы можно использовать^ металлические листы с перфорацией либо металлические сетки. Действительно, сплошные' металлические листы имеют очень большое: затухание, что на практике требуется . нечасто. Применение перфорированных листов ¿ и металлических сеток существенным образом снизит вес и стоимость экранирующего материала, а также-обеспечит достаточную прозрачность в видимом диапазоне.

Также возможно применение различных тонкоплёночных покрытий, например, серебра, золота, двуокиси олова [5]. Например, в работе [106] анализируются различные параметры структуры состоящей из стекла с напылением золота, а в работе [107] теоретически и экспериментально исследовались несколько окон покрытых серебряным и золотым напылением. Характеристики тонких проводящих- плёнок существенным образом отличаются от объемных характеристик [108,109], прежде всего, сказывается зависимость длины свободного пробега электронов- от толщины' плёнки, также сильное влияние оказывает микроструктура«, материала [23; 108-110]. В результате проводимость, которая зависит от толщины слоя, может быть меньше, по сравнению с массивным металломг [111,112]. Этот эффект сильно зависит от вещества, на которое нанесен металлический слой, и- способа нанесения слоя [113,114]. Если толщина металлического покрытия много меньше классической глубины скин-слоя, то экранирующие свойства удовлетворительно определяются из сопротивления* слоя ¡пленки, (измеряемого) при* условии, что потери на поглощение не учитываются [11*5, 116]. Учет конечной толщины пленки проводить не обязательно, за исключением ситуации, когда экранирующие свойства должны быть определены для* практических опытов.

Стекло с тонким слоем проводящей плёнки должно обеспечивать хорошую экранирующую способность с одной стороны и оптическую прозрачность с другой. Благодаря^ своим физико-химическим свойствам (химическая устойчивость, механическая - прочность) наибольшее распространение получили плёнки из окиси олова. Прозрачность стекла с таким покрытием уменьшается не более чем на'20%, при этом сохраняется высокая проводимость поверхностного слоя. Ещё одним важным плюсом тонкоплёночных покрытий является широкая полоса рабочих частот, что обеспечивает стабильную эффективность экранирования вплоть до инфракрасного диапазона.

Достаточно легкими, дешевыми и удобными в целях экранирования от электромагнитного излучения являются различные проводящие пластмассы. Основой для изготовления таких пластмасс являются термопластичные полимеры [10], а хорошая проводимость пластмасс достигается путём внедрения проводящих наполнителей, таких как проводящая стеклоткань, смеси графита с карбоволокном, порошки алюминия, никеля.

Также достаточно эффективными являются перфорированные экраны. Их конструкция должна удовлетворять определенным условиям, обеспечивающим необходимый минимум ослабления экранировки. Выбор размера перфораций и расстояний между ними для« отверстий круглой» формы, может быть приближенно воспроизведен на основании номограммы- и формул, приведенных в работе [8]. Затухание для перфорированных металлических экранов с прямоугольной формой перфорированных отверстий (или с сетчатым напылением) может быть получено по методике расчета характеристик дифракционных решеток [117]. Ири этом учитывается толщина металла, параметры диэлектрических слоев и. электромагнитного поля. Разработанные алгоритмы^ позволяют решать не* только задачи анализа, но и оптимизации характеристик многослойных дифракционных структур [86]. Для повышения затухания в перфорированном диэлектрическом экране с напылением желательно применять напыление отверстий изнутри. При этом расчет затухания можно производить по формулам для цельнометаллических перфорированных листов. Ослабление сетчатых экранов зависит от размера ячеек и диаметра проволоки и с достаточной для практики точностью определяется по формулам и номограмме, приведенной в работе [118].

В работе [119] исследуются радиотехнические характеристики текстильных композиционных материалов в диапазоне СВЧ. По принципу сетчатого экрана построена защитная хлопчатобумажная ткань с микропроводом [9]. Ослабление СВЧ поля такой тканью в диапазоне частот 600 -10000 МГц составляет соответственно от 40 до 20 дБ. На более низких частотах отдельные элементы экранирующих конструкций, выполненные из таких материалов, начинают вести себя как отдельные изолированные вибраторы, соизмеримые с длиной волны. Это определяет резонансный характер изменения величины затухания. Поэтому при создании сложных конструкций необходимо использовать электропроводящую массу или клей [120]. Защитные свойства ширм и занавесей из радиозащитных тканей ограничены дифракцией, и поэтому они оказываются эффективными только на I верхнем участке СВЧ диапазона.

В обзоре рассмотрен класс материалов с диэлектрическими и магнитодиэлектрическими потерями, которые позволили создать поглотители электромагнитных волн и прототипы поглощающих электромагнитные волны материалов с малым коэффициентом отражения. Также достаточно подробно рассмотрены принципы построения различных дифракционных экранов, представлены некоторые сведения о киральных структурах.

В данной работе рассматриваются наиболее простые и дешевые радиопоглощающие покрытия, изготовленные из простых и широкодоступных строительных материалов: гипс, картон, графит. При этом данные радиопоглощающие покрытия остаются достаточно эффективными. Состоят они из диэлектрической матрицы СаЗО^НгО, в которую добавлен мелкодисперсный проводящий наполнитель в виде чешуйчатого природного графита. Отражение и поглощение электромагнитного излучения такими материалами определяется, прежде всего, наполнителем и его геометрией. Меняя содержание наполнителя в диэлектрической матрице можно варьировать эффективную комплексную диэлектрическую проницаемость, что позволяет регулировать отражающую и поглощающую способности материала в достаточно широком ' диапазоне. Также перспективными являются многослойные поглотители на основе гипсовой диэлектрической матрицы с мелкодисперсным наполнителем в виде чешуйчатого графита, меняя электродинамические характеристики отдельных слоев, можно легко получить материал с заданными функциональными свойствами.

Не менее эффективными оказываются; анизотропные композитные материалы, состоящие из диэлектрической матрицы, в которой сформирован тонкий; слой частично ориентированных чешуек; графита [121]. Данный композитный; материал имеет сильно) выраженную: анизотропию диэлектрической- проницаемости; вызванную сильной? анизотропией проводимости самих чешуек графи та. В. зависимости от поляризации падающей электромагнитной* волны композитный анизотропный; материал* будет иметь, различные: отражающие: и поглощающие свойства. Однако, необходимо отметить, что такие слоистые.структуры достаточно сложны в изготовлении. В качестве- более простого анизотропного материала, электродинамические; характеристики- которого; можно менять в широком- диапазоне, можно? использовать.композитнытматериал, состоящий;из;,диэлектрической«матрицы, в которой; сформирован «электромагнитный; кристалл» [ 122,123]. Такой «кристалл» формируется: из проводящих проволок и ему присуща зонная структура, то есть, при; ориентации вектора паиряженности электрического поля«Е падающею волны, параллельно проволокам;.вшпектре электромагнитной; волны обнаруживаются полосы пропускания иненропускания излучения.

Цель диссертационной работы - теоретическое; и экспериментальное исследование эффективной диэлектрической проницаемости; коэффициентов, отражения и пропускания электромагнитных волн композитных, материалов: с регулярными и мелкодисперсными включениями.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить и проанализировать основные методы и подходы в теории электродинамики композитных материалов:

2. Создать композитные материалы с мелкодисперсным наполнителем и регулярно расположенными структурами.

3. Исследовать электродинамические характеристики указанных материалов.

Диссертационная работа состоит из четырёх глав и заключения.

В первой главе рассматривается теория распространения' электромагнитных волн в композитных материалах, основанных на порошковых наполнителях и регулярно расположенных проводящих структурах.

В разделе 1.1 рассматриваются методы теоретических расчетов эффективной диэлектрической проницаемости композитных материалов со случайным распределением мелкодисперсного наполнителя. Описывается модель композитного материала, представляющая собой некоторый объем диэлектрика, в котором случайным образом расположены проводящие включения в виде сферических частиц произвольного радиуса. Появление диэлектрической проницаемости обусловлено действием зарядов, индуцируемых в каждом шарике при наложении на систему электрического поля. Применимо к этой модели решается основная задача электродинамики композитных материалов, а именно: расчёт значений эффективной диэлектрической проницаемости по известным свойствам среды. При этом рассматриваются различные предельные случаи и приближения:

1. Случай малых концентраций справедлив для сильно разбавленных систем, где можно пренебречь взаимодействием соседних включений.

2. Случай малых отклонений диэлектрической проницаемости от среднего значения применим в композитных материалах, эффективная диэлектрическая проницаемость которых слабо отличается от диэлектрической проницаемости мелкодисперсного наполнителя.

3. Формула Клаузиуса-Моссотти-Лорентц-Лоренца, позволяет рассчитать локальное поле, из которого в дальнейшем получена уточнённая формула

Гарнетта для расчета эффективной диэлектрической проницаемости композитного материала учитывающая взаимное влияние соседних включений.

4. Теория эффективной среды (ТЭС) даёт более реалистичную зависимость от концентрации включений. Так же, как и теория Гарнетта, ТЭС -одночастичное приближение. В отличие от последнего1 ТЭС является самосогласованной теорией. В модели рассматривается одна частица, но погружённая не в среду матрицы, а в некоторую' однородную эффективную среду. Предполагается, что, во-первых, проводимость эффективной среды равна эффективной проводимости смеси и, во-вторых, что отличие проводимости эффективной среды от проводимости матрицы полностью описывает влияние оставшихся включений.

В разделе 1.2. рассматривается теория распространения электромагнитного излучения в так называемых «проводных средах». В'данном, случае приводится аналитическая теория распространения электромагнитных волн в- искусственной среде, сформированной прямоугольной* решеткой» из тонких идеальных цилиндрических проводников представляющая собой электромагнитный кристалл. Анализируется предельное дисперсионное уравнение, а также типичные дисперсионные кривые. Решается задача-отражения плоской» электромагнитной^ волны от поверхности раздела между полупространством проводящей среды и свободным пространством. Приводится формула для коэффициента отражения.

Во второй главе подробно описывается методика проведения экспериментальных исследований электродинамических характеристик композитных материалов, основанных на порошковых наполнителях и регулярно-расположенных проводящих структурах.

Описывается модернизированный измеритель КСВН и ослаблений Р2-61.

1 (

Также рассматриваются методы- измерений электродинамических характеристик композитных материалов, а именно:

1. Волноводный метод, основан на применении прямоугольного волновода, в который помещается исследуемый образец. Он позволяет измерять коэффициент пропускания' и отражения.электромагнитного излучения от слабопоглощающих композитных материалов, а также определять эффективную диэлектрическую проницаемость.

2. Резонаторный метод,, основан на использовании прямоугольного СВЧ резонатора; в центре которого; расположен образец. Данный^ метод позволяет определять; значение эффективной диэлектрической проницаемости слабопоглощающих композитных материалов: В - конце главы? описывается конструкция углового1 спектрометра: позволяющего; совместно с. автоматизированным; измерителем Р2-61 анализировать электродинамические характеристики электромагнитных кристаллов; а также композитных и метаматериалов. При* исследовании* композитных материалов Гволноводным; и резонаторным методами; неизбежно возникают ограничения связанные с конечными геометрическими'» размерами; волновода. Некоторые исследуемые образцы, например- такие, как регулярные проводящие структуры, имеют размер1 гораздо- больший?; сечения стандартного волновода 23 мм х 10 мм. Такие: образцы.исследовались при помощш углового • спектрометра; который- позволял измерять коэффициенты прохождения, электромагнитного излученйя^без влияния краевых эффектов образцов;,

В третьей главе приведены результаты, исследований электродинамических характеристик однородных композитных материалов; состоящих из диэлектрической матрицы, Са80.}-2Н20 с примесью природного графита, а также композитных материалов; в которых сформирован электромагнитный кристалл. Описываются образцы, методика изготовления. Приводятся- и обсуждаются полученные экспериментальные результаты.

В разделе 3.1. приводятся? результаты исследований концентрационной зависимости эффективной диэлектрической проницаемости матрицы Са804-2Н20 с примесыо природного графита.

Раздел 3.2. посвящен исследованию электродинамических характеристик электромагнитных кристаллов. Электромагнитный кристалл — это нелинейные искусственно созданные среды из регулярно расположенных структур, с резко изменяющейся диэлектрической проницаемостью и периодом сравнимым с длинной падающей электромагнитной волны.

Главным свойством, отличающим электромагнитный кристалл от дифракционной решетки, является наличие у него абсолютной запрещённой зоны. Существование такой зоны означает, что электромагнитное излучение определённой длины, не может распространяться в данной структуре, ни в одном из направлений. В данных композитных материалах исследовались АЧХ коэффициентов пропускания и отражения. Установлено, что АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного кристалла имеет зонную структуру в частотном диапазоне.

Также в данном параграфе рассматривается процесс формирования зонной структуры электромагнитного кристалла при увеличении количества рядов регулярно расположенных проводящих цилиндров. Измерения показали, что при небольшом количестве рядов (от 1 до 4) происходит постепенное формирование зонной структуры в данном частотном диапазоне. При количестве рядов равном 5, наблюдается чёткая картина зонной структуры АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного кристалл. При дальнейшем увеличении количества рядов происходит небольшое уменьшение интенсивности АЧХ коэффициента пропускания, каких либо частотных сдвигов при этом не наблюдается. Таким образом, результаты измерений показывают, что для формирования электромагнитного кристалла в диэлектрической матрице достаточно пяти рядов регулярно расположенных проводящих цилиндров.

В конце раздела исследуется зависимости АЧХ коэффициента пропускания электромагнитного излучения от материала проводящих цилиндров, образующих электромагнитный кристалл. Измерения показали, что АЧХ коэффициента пропускания электромагнитных кристаллов, образованных графитовыми цилиндрами, имеет меньшую интенсивность в областях окон прозрачности, чем АЧХ коэффициента пропускания образцов, состоящих из медных цилиндров.

В четвертой главе приведены результаты исследований электродинамических характеристик слоистых композитных материалов, состоящих из картона, диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с примесью природного графита, а также композитных материалов, в которых сформирован электромагнитный кристалл. Описываются образцы, методика изготовления. Приводятся и обсуждаются полученные экспериментальные результаты.

Раздел 4.1. посвящен исследованию электродинамических характеристик композитных материалов, состоящих из гетерогенных слоев. Образцы представляли собой однородную матрицу Са804-2Н20 со случайной ориентацией частиц графита, в которой через равные интервалы формировался тонкий слой с частично ориентированными, в одной плоскости, чешуйками графита. Такие слои, очевидно, имеют явно выраженную неоднородность, связанную с тем, что частицы графита имеют очень сильную анизотропию проводимости. Проводимость «Гц (вдоль слоев) больше <тх (перпендикулярно слоям) на три порядка и более. Это приводит к анизотропии эффективной диэлектрической проницаемости, связанной с анизотропией проводимости сформированного слоя.

В разделе 4.2. исследуется электродинамические характеристики трёхслойных композитных материалов. Трёхслойные образцы с мелкодисперсным наполнителем - это слоистые композитные материалы градиентного типа, состоящие из картона, диэлектрической матрицы (Са804-2Н20) и природного графита.

В разделе 4.3. исследуется электродинамические характеристики двухслойных композитных материалов с применением электромагнитного I г кристалла. Двухслойные образцы состоят из слоя диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с графитовым наполнителем в 5% концентрации, и слоя диэлектрической матрицы, в которой сформирован электромагнитный кристалл (рис. З.9.). В данных образцах исследовались коэффициенты отражения и пропускания электромагнитного излучения.

Исследования показали хорошие экранирующие свойства данного материала (коэффициент пропускания - 35дБ) и при этом небольшой коэффициент отражения -6 дБ. Данные результаты отчётливо показывают возможность получения слабо отражающих покрытий с хорошими экранирующими свойствами при сочетании поглотителя и электромагнитного кристалла.

В заключении сформулированы, общи выводы диссертационной работы. На защиту автором выносятся следующие положения:

1. Создан радиопоглощающий материал, состоящий из диэлектрической матрицы и мелкодисперсного природного графита, обладающий малым коэффициентом отраженияв широком частотном диапазоне.

2. Предложен слоистый композитный материал, с частично ориентированным в плоскости слоев. мелкодисперсным графитом, имеющий сильно выраженную анизотропию диэлектрической проницаемости. Это позволяет получить радиопоглощающий материал с большим коэффициентом поглощения при небольшой концентрации анизотропной примеси.

3. Экспериментальное подтверждение существования широких частотных зон непрозрачности электромагнитного кристалла.

4. Разработана структура, состоящая из слоя диэлектрической матрицы включающей мелкодисперсные частицы графита и слоя электромагнитного кристалла позволяющая реализовать высокоэффективный радиопоглощающий материал.

Перечисленные положения, выносимые на защиту, определяют научную новизну представленной квалификационной работы.

Основные материалы кандидатской диссертации представлены в работах [А1-А30], отдельный список которых представлен в конце квалификационной работы.

Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и симпозиумах:

1. Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» НМММ 28 июня — 4 июля 2009. г.Москва.

2. 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics «Metamaterials - 2009» 30 Aug - 4' Sept 2009. London.

3. Международная конференция. Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. 7-10 сентября 2009 г., г. Махачкала.

4. International Conference "Functional Materials" ICFM'2009, October 5-10,

2009. Simferopol.

5. X Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. 9-15 ноября 2009 г. Екатеринбург.

6. XXXIII Международная зимняя школа физиков-теоретиков "КОУРОВКА". «Зелёный мыс», Новоуральск, Свердловская область. 22 -27 Февраля 2010 г.

7. «ВНКСФ-16» Шестнадцатая Всероссийская конференция студентов -физиков и молодых учёных, г. Волгоград, 22 — 29 апреля 2010.

8. «Волновые явления в неоднородных средах» "Волны-2010". 24-29 Мая

2010. г. Москва.

9. Физика и технические приложения волновых процессов. IX Международной научно - техническая конференция. 13-17 Сентября 2010 г. г.Челябинск.

10. International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. 13th-18th September 2010 in Karlsruhe, Germany.

11. XI Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. 15-2L ноября 2010 г. Екатеринбург.

12. Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции 21-23 ноября 2010 г., Махачкала.

13. Всероссийская конференция «Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро — и наноэлектроники». Уфа 2010.

14. International Conference "Days on Diffraction - 2011", St. Petersburg, Russia, May 30-June 3,2011:

15. «ВНКСФ-17» Семнадцатая Всероссийская конференция студентов -физиков и молодых учёных. 25 марта - 1 апреля 2011 года, г. Екатеринбург.

16. Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» Волны-2011.

17. «Moscow International Symposium on Magnetism» August 21-25, 2011, Moscow.

18. International Conference "Functional Materials - 2011" October 3 - 8, 2011. Crimea, Ukraine.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Теоретически и экспериментально исследована концентрационная зависимость эффективной диэлектрической проницаемости в композитных материалах на основе диэлектрической матрицы Са804-2Н20 со случайным распределением мелкодисперсного наполнителя из природного графита.

2. Экспериментально исследованы электродинамические характеристики композитных материалов на основе диэлектрической матрицы Са804-2Н20 с регулярным распределением анизотропных проводящих слоев из природного графита.

3. Экспериментально исследованы АЧХ коэффициентов отражения и пропускания композитных материалов, образованных диэлектрической матрицей Са804-2Н20 в которой сформирована регулярная структура из медных и графитовых цилиндров.

4. Разработано оригинальное высокоэффективное радиопоглощающее покрытие на основе многослойных композитных материалов с добавками мелкодисперсного наполнителя и регулярных проводящих структур, представляющих собой электромагнитный кристалл. Экспериментально исследованы его электродинамические характеристики.

Автор выражает глубокую благодарность своим учителям Игорю Валерьевичу Бычкову и Александру Алексеевичу Федию за огромную помощь, а также неоценимые профессиональные рекомендации.

Выражаю глубокую признательность, за помощь в написании публикаций, моим соавторам: В.Г.Шаврову, Д.В. Дубровских, Д.А. Калганову, Д.А. Павлову.

За помощь в автоматизации измерителя Р2-61 выражаю признательность Дмитрию Калганову, Юрию Быкову и Дмитрию Кузьмину.

Список публикаций автора

Статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК

AI. Бычков И.В. Исследование эффективной диэлектрической проницаемости композитного материала CaS04-2H20 — графит / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, А.А Федий // Вестник Челябинского государственного университета. Вып. 9, Физика. - 2011. - №7 (222). - С. 715.

А2. Бычков И.В. Исследование прохождения и отражения СВЧ излучения в многослойных композитных материалах CaS04-2H20 - графит / И.В. Бычков, И.С. Зотов, A.A. Федий // Письма в ЖТФ. Т.' 37, вып. 14. — 2011. — С. 90-94.

A3. Бычков И.В. Исследование прозрачности изотропного метаматериала в СВЧ диапазоне / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, A.A. Федий // Вестник ЧелГУ. Вып. 10, Физика.-2011.-№ 15 (230). - С. 31-36. A4. Бычков И.В. Прохождение СВЧ излучения через электромагнитный кристалл образованный графитовыми цилиндрами / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Калганов, A.A. Федий // Вестник ЧелГУ. Вып. 10, Физика.-2011.-№ 15 (230).-С. 25-30. А5. Бычков И.В. Угловой спектрометр для исследования метаматериалов / И.В. Бычков, Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, А.А Федий, В.Г.Шавров // Журнал радиоэлектроники. - 2011. - №5. - С. 1-12. http ://jre.cplire.ru/jre/may 11 /б/text.html А6. Бычков И.В. Исследование амплитудно-частотной характеристики коэффициента пропускания двумерного электромагнитного кристалла, образованного медными цилиндрами / И.В. Бычков, И.С. Зотов, A.A. Федий // Письма в ЖТФ. Т. 37, вып. 23. - 2011. - С. 39-44.

Статьи в сборниках трудов и тезисов конференций

А7. Бычков И.В. Электродинамические характеристики слоистого композита диэлектрик графит / И.В. Бычков,» И.С. Зотов, А.А. Федий // Сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах». Москва, 28 июня-4 июля 2009 г. - М., 2009. - С. 122-123.

А8. Bychkov I.V. Dielectric-graphite composite electrodynamical characteristics / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics «Metamaterials - 2009». London, 30 Aug-4 Sept 2009. - L.: Metamorphose-VI; 2009. - P. 602-604.

A9: Бычков И.В. Слабо отражающие покрытия из простых строительных материалов / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции. Махачкала, 7-10 сентября 2009 г. -Махачкала, 2009. - С. 392-395.

А10. Бучельников В. Д. Композитный материал с применением электромагнитного кристалла / В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // XII Всероссийская школа - семинар «Волновые явления в неоднородных средах». Москва, 24-29 мая 2010 г. Труды школы-семинара i

Волны-2010». Секция 8. - М., 2010. - С. 22-23.

All. Bychkov I.V. Reflection properties of electromagnetic crystal based composite material / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Fourth International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. Karlsruhe, Germany, 13th-18th September 2010. - Karlsruhe: Metamorphose-VI, 2010 - P. 268-270.

A12. Бычков И.В. Особенности пропускания электромагнитного излучения анизотропным неоднородным композитным материалом / И.В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Фазовые переходы, критические и нелинейные i j явления в конденсированных средах. Сборник трудов международной конференции. Махачкала, 21-23 ноября 2010 г. - Махачкала, 2010. - С. 515-518.

А13. Быков Ю.А. Исследование электродинамических характеристик электромагнитного кристалла с использованиём углового спектрометра и автоматизированного измерителя! Р2-61 / Ю.А. Быков, И.С. Зотов, Д.А. Калганов// Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и. разработок в области микро- и наноэлектроники. Лекции и научные статьи. - Уфа, 2011. - С. 36-44.

А14. Дубровских Д.В. Спектрометр для исследования композитных и метаматериалов / Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, Д.М. Сарваров, А.А. Федий // Приборное и научно-методическое обеспечение . исследований, и: разработок в области микро- и наноэлектроники. Лекции и научные статьи. - Уфа, 2011. - С. 86-90.

А15. Зотов И.С. Исследование анизотропных свойств и электродинамических, характеристик электромагнитного; кристалла? // Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и, наноэлектроники. Лекцииинаучные статьи. Уфа, 2011. - С. 91-94:

А16. Бычков И.В. Двумерный? электромагнитный кристалл на основе: медных периодических структур / И.В. Бычков, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, А.А. Федий:// XIII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» («Волны-2011 »). Труды; школы-семинара «Волны-2011». Секция 5.-С. 20-22.

А 1.7. Bychkov I.V. Radiation absorbing covers of low reflèction coefficient / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conférence «Functional Materials» ICFM'2009; October 5 - 10, 2009. - Simferopol, 2009. -P. 305.

Al 8. Зотов И.С. Слоистые композитные материалы с анизотропией проводимости // Юбилейная X Всероссийская молодёжная школа семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Тезисы докладов. Екатеринбург, 9-15 ноября 2009 г. - Екатеринбург, 2009. - С. 101.

AI 9. Бучельников В. Д. Отражательные свойства двумерного электромагнитного кристалла в СВЧ диапазоне / В.Д. Бучельников, И.В. Бычков, И.С. Зотов, Д.М. Сарваров, A.A. Федий // XXXIII Международная зимняя школа физиков-теоретиков «КОУРОВКА». Тезисы докладов. «Зелёный мыс». Свердловская область, Новоуральск, 22-27 февраля 2010 г. - Новоуральск, 2010. - С. 73.

А20. Бычков И.В. Радиопоглощающие покрытия на основе электромагнитного кристалла и анизотропного композита / И.В. Бычков, И.С. Зотов; A.A. Федий // «ВНКСФ-16» Шестнадцатая Всероссийская конференция студентов-физиков и молодых учёных. Материалы конференции. Волгоград, 22-29 апреля 2010 г. — Волгоград, 2010. — С. 556.

А21. Бычков И.В. Коэффициент пропускания анизотропного композитного материала / И.В. Бычков, И.С. Зотов, A.A. Федий // Физика и технические приложения волновых процессов. Материалы IX Международной научно -технической конференции. Челябинск, 13-17 сентября 2010 г. — Челябинск, 2010.-С. 114.

А22. Зотов И.С. Исследование коэффициента пропускания электромагнитного кристалла // XI. Всероссийская молодёжная школа семинар, по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Тезисы докладов. Екатеринбург, 15-21 ноября 2010 г. - Екатеринбург, 2010. — С. 127.

А23. Зотов И.С. Исследование анизотропных свойств1 и электродинамических характеристик электромагнитного кристалла // Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Тезисы докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых учёных. -Уфа, 2010.-С. 42-43.

А24. Дубровских Д.В. Спектрометр для исследования композитных и метаматериалов / Д.В. Дубровских, И.С. Зотов, Д.А. Павлов, Д.М. Сарваров, А.А. Федий // Приборное и научно- методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и наноэлектроники. Тезисы докладов Всероссийской' конференции* с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых учёных. - Уфа, 2010. - С. 40-41.

А25. Bychkov I.V. Composite materials based« on electromagnetic crystal / ItV. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Annual1 International Conference «Days on* Diffraction - 2011». St. Petersburg, Russia, May 30-June 3 2011. - St. Petersburg: Abstracts. - P. 111-1121 i

A26. Anzulevich Anton.1 Absorption of the electromagnetic wave' in! structure of nonmagnetic conductor - magnet / Anton Anzulevich, Leonid Butko, Vasiliy Buchelnikov, Igor. Bychkov, Ilya Zotov, Alecsander Fediy // Annual International Conference «Days on Diffraction - 2011». St. Petersburg, Russia, May 30-June 3 2011. - St. Petersburg: Abstracts. - P. 110-111.

A27. Бычков И.В. Исследование зонной структуры электромагнитного кристалла с использованием углового^ спектрометра и* автоматизированного измерителя Р2-61 / И;В. Бычков, И.С. Зотов, А.А. Федий // Семнадцатая Всероссийская конференция, студентов - физиков и молодых учёных. «ВНКСФЧ7». Екатеринбург, 25 марта - 1 апреля-2011г. Тезисы конференции. - Екатеринбург, 2011. - С. 491.

А28. Bychkov LV. Electromagnetic crystal low reflectivity material / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // «Moscow International-Symposium on Magnetism». Moscow, August 21-25 2011. - M.: Abstracts, 2011. - P. 793.

A29. Bychkov I.V. Composite material with low reflectivity based on a electromagnetic crystal / I.V. Bychkov, I.S. Zotov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conference «Functional Materials» ICFM'2011. October 3-8 2011. - Simferopol, 2011. - P. 308.

A30. Bychkov I.V. A simple model of the anisotropic metamaterial / I.V. Bychkov, D.V. Dubrovskikh, I.S. Zotov, D.A. Pavlov, A.A. Fediy // Abstracts of International Conference «Functional Materials» ICFM'2011. October 3-8 2011. - Simferopol, 2011. - P. 292.

Заключение

В данной работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования электродинамических характеристик композитных материалов на основе порошковых наполнителей и регулярно расположенных проводящих структур в диапазоне сверхвысоких частот. Показана возможность применения данных материалов в качестве высокоэффективных радиопоглощающих покрытий.

1. Маркин A.B. Безопасность излучений от средств электронно-вычислительнойIтехники: домыслы и реальность// Зарубежная радиоэлектроника. — 19891

2. Владиславский В. Комплексная автоматизация и защита информации/ В.

3. Владиславский, В. Герасимов // Зарубежная радиоэлектроника. — 1975. — № 2.-С. 49-63. № 12.-С. 102-124.

4. Казанцева Н.Е. Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона / Н.Е. Казанцева, Н.Г. Рывкина, И.А. Чмутин // Радиотехника и электроника. — 2003. Т. 48., № 2. - С. 196-209.

5. Шнейдерман Я. А. Радиопоглощающие материалы // Зарубежная радиоэлектроника. 1975. - №2. - С. 93-113. №3. - С. 71-92.

6. Торгованов В.А. Безэховые камеры // Зарубежная радиоэлектроника.,— 1974.-№12.-С. 20-46.

7. Алимин Б.Ф. Современные разработки поглотителей электромагнитных волни радиопоглощающих материалов // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. -№2.-С. 75-82.

8. Anechoic R.F. Chamber Test Facilities. KEENE Corp, 1982. - 154 p.

9. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. М.: Сов. радио, 1974. - 351 с.

10. Крылов В.А. Защита от электромагнитных излучений / В.А. Крылов, Т.В.

11. Юченкова. -М.: Сов. радио, 1972. 216 с.

12. Конструирование экранов и СВЧ- устройств / Под ред. A.M. Чернушенко.

13. М.: Радио и связь, 1990. 351 с.

14. Титов А.Н. К синтезу сверхширокополосного радиопоглощающего слоя //

15. Автоматизир. проектир. устройств СВЧ. — Моск. ин-т радиотехн., электрон, и автомат., 1991. — С.110-119.

16. Воротницкий Ю.И. Оптимальное проектирование многослойных поглотителей электромагнитных волн // Болг. физ.ж. 1987. - Т.14, №4. -С. 378-385.

17. Одаренко Е.Н. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн /

18. Е.Н. Одаренко, О.С. Островский, А.А. Шматько // Ф1П ФИЛИ PSE. 2003. -Т.1, №2. - С. 161-172.

19. Келдыш JI.B. Возможная неустойчивость полуметаллического состояния относительно кулоновского взаимодействия / Л.В. Келдыш, Ю.В: Копаев // ФТТ. 1964. - Т.6, №9. - С. 2791-2798.

20. Богородицкий Н.БЕ Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий,

21. В;В. Пасынков, Б.М. Тареев. JL: Энергия, 1977. - 352 с.

22. Электрорадиоматериалы / Б.М.Тареев, Н.В.Короткова, В.М.Петров и др. —

23. М.: Высш. школа, 1976. — 336 с.

24. Поплавке Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства, и применение в электронике / Ю.М. Поплавко, И.С. Рез- М.: Радио и связь, 1989. — 287 с.

25. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. M:;JT.: Энергоиздат, 1959.336 с.

26. Алимин Б.Ф. Методы расчета поглотителей электромагнитных волн / Б.Ф.

27. Алимин, В.А. Торгованов // Зарубежная радиоэлектроника. 1976. - №3. -С. 29-57.

28. Fan, Y. Evaluation of the microwave absorption property of flake graphite / Y.

29. Fan, H: Yang, M. Li; G. Zou // Materials Chemistry and Physics. 2009. - Vol. 115.-P. 696T698.

30. Шнейдерман Я.A. Новые радиопоглощающие материалы // Зарубежная радиоэлектроника. 1969. - № 6. - С. 101-124.

31. Слуцкая В.В. Тонкие пленки в технике СВЧ: M.;JI.: Госэнергоиздат, 1962.- 399 с.

32. Ковнеристый Ю.К. Материалы, поглощающие СВЧ — излучения / Ю.К. Ковнеристый, И.Ю. Лазарева, А.А. Раваев. -М.: Наука, 1982. 164 с.

33. Harmut H.F. Antennas and Waveguides for Nonsinusoidal Waves. 1984. - 2761. P

34. Журавлев С.И. Неотражающая структура на основе резистивной пленки смалой емкостной компонентой проводимости / С.И. Журавлев, И.К. Куприянов, В.И. Пономаренко // Радиотехника и электроника. — 1992. -№2. С. 346-348.

35. Ji-Chyun Liu Equal Ripple Responses for Designing a Salisbury Screen / Liu Ji

36. Chyun, Lu Po-Chiang, Bor Sheau-Shong // Int. J. Electron. 1994. - Vol.76, №2.-P. 329-337.

37. Журавлев С.И Радиопоглощающая структура с резистивно-емкостной пленкой / С.И., Журавлев, Д.И. Мировицкий, В.И. Пономаренко // Радиотехника и электроника. — 1994. Т.39, №7. — С. 1078-1080.

38. Алимин Б.Ф. Методы расчета поглотителей электро-магнитных волн. Часть1. // Зарубежная радиоэлектроника. 1976. - №8. - С. 60-80:

39. Wallace J.L. Broadband Magnetic Microwave Absorbers: Fundamental Limitations // IEEE Trans. Magn. 1993. - 29, №6, Pt 3. - P. 4209-4214.

40. Курушин Е.П. Электродинамика анизотропных волноведущих структур / Е.П. Курушин, Е.М. Нефедов. М.: Наука, 1983. - 223 с.

41. Курушин Е.П. Распространение волн в прямоугольном волноводе с тонкой*поглощающей ферритовой пленкой // Изв. вуз. Радиофизика. 1979. -Т.22, № 2. - С. 248-250.

42. Bruno A. Reflection and Transmission for Planar-Layered Anisotropic Structures

43. A. Bruno, U. Piergiorgio // Radio Sci. 1991. - Vol. 26, №2. - P. 517-522.

44. Cheparin V.P. Composite Gyromagnetic Materials on the Base of High-Anisotropic Ferromagnetics for Electronic Techniques Production / V.P. Cheparin, A.A. Kitaitsev, L.K. Mikhailovsky et al. // Proc. of ICMF'94. -Gyulechitsa, Bulgaria, 1994.-P. 142-148.

45. Китайцев A.A. Применение однослойных и многослойных композиционныхгиромагнитных толстых пленок для фильтрации СВЧ колебаний / А.А.

46. Китайцев, М.Ю. Колединцева, А.А. Шинков // Материалы 7-й Международн. конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационныетехнологии". Севастополь: Севастоп. гос. техн. ун-т. — 1997. - С. 127-128.

47. Еремцова JI.JI. Легированные гексаферриты для радиопоглощающих материалов / JI.JI. Еремцова, А.А. Китайцев, Чепарин В.П., и др. // Proc. of the Int. Conf. on Currentless Spin-Electronics. M.: MPET (TU), 1995. - P. 313.

48. Inui T. Electromagnetic Wave Absorber Using Ferrite Absorbing Material Dispersed with Short Metal Fibers / T. Inui, K. Hatakeyama // IEEE Trans. -1984. Vol. MAG-20, №3. - P. 1261-1263.

49. Jha Vandana, Banthia Ajit K. Composites Based on Waste-Ferrites as Microwave

50. Absorbers // Indian J. Phys. A. 1989. - Vol. 63, №5. - P. 514-525.

51. Костин M.B. Теория искусственных магнетиков на основе кольцевых токов

52. М.В. Костин, В.В. Шевченко // Радиотехника и электроника. 1992. — Т.37, №11.-С. 1992-2003.t

53. Казанский В.Б. Слоистые структуры на металлической подложке / В.Б. Казанский, Д.В. Кошпаренок, Ю.А. Минаков, А.А. Юнусов // "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых волн". Материалы конференции. Харьков, 1994. - С. 91-94.

54. Bohren Craig F. Microwave-Absorbing Chiral Composites: Chirality Essential or

55. Accidental / Craig F. Bohren, H. Scott Langdon, Raymond Luebbers // Appl. Opt. J. 1992. - Vol.31, №30. - P. 6403-6407.

56. Лагарьков A.H. Эффективная магнитная проницаемость композитных материалов вблизи порога протекания / А.Н. Лагарьков, Л.В. Панина, А.К. Сарычев // ЖЭТФ. 1987. - Т.93, вып. 1(7). - С. 215-221.

57. Казанцев Ю.Н. Искусственный парамагнетик / Ю.Н. Казанцев, М.В. Костин,

58. Г.А. Крафтмахер и др. // Радиотехника и электроника. — 1994. — № 10. С. 1652-1655.

59. Toscano A. Electromagnetic Field Radiated by an Electric Point-Source in the

60. Omega Medium With Circular Cylindrical Symmetry / A. Toscano, L. Vegni // Proc. of Bianisotropics' 97. Glasgow, Scotland. - P. 129-131.

61. Raybov D.E. Microwave Effective Permeability of Conductive Helices//Seminaron Electrodynamics of Chiral and Bianisotropic Media / D.E. Raybov, V.N. Semenenko. Proc. of Bianisotropics'93. - Gomel (Belarus). - P. 116-120.

62. Chistiaev V.A. Resonance Properties of Bi-Helix Media at Microwaves / V.A.

63. Chistiaev, A.N. Lagarkov, V.N. Semenenko et al. // Electromagnetics. 1997— №3.-P. 213-237.

64. Бурсиан Е.В. Нелинейные кристаллы (титанат бария). — М.: Наука, 1974.183 с.

65. Каценеленбаум Б.З. Киральные электродинамические объекты / Б.З. Каценеленбаум, Е.Н. Коршунова, А.Н. Сивов, А.Д. Шатров // УФН. 1997. -Т. 167, № 11.-С. 1201-1212.

66. Казанцев Ю.Н. СВЧ-магнитная проницаемость киральных сред. Взаимовлияние кирального и ферромагнитного резонансов в структуре среда-феррит / Ю.Н. Казанцев, Г.А. Крафтмахер // Радиотехника и электроника. 1997. - Т. 42, № 3. - С. 277-283.

67. Третьяков С.А. Электродинамика сложных сред: киральные, биизотропныеи некоторые бианизотропные материалы (обзор) // Радиотехника иэлектроника. 1994. - Т. 39, № 10. - С. 1457-1470.

68. Lindell I.V. Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-isotropic Media / I.V. Lindell, A.H. Sihvola, S.A. Tretyakov, A.J. Viitanen. L.: Artech House, 1994. -284 p.

69. Mariotte F. Maxwell-Garnett Modeling of Uniaxial Chiral Composites with Bianisotropic Inclusions / F. Mariotte, S. Tretyakov // Journ. Electromagnetic Waves Applicat. 1995. - Vol. 9, № 7/8. - P. 1011-1025.

70. Tretyakov S. A. Analytical Antenna Model for Chiral Scatterers: Comparisonwith Numerical and Experimental Data / S. A. Tretyakov et. al. // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1996. - Vol. 44, № 7. - P. 1006-1013.

71. Шевченко В. В. Дифракция на малой киральной частице // Радиотехника иэлектроника. 1995. - Т. 40, № 7. - С. 1777-1789.

72. Kamenetski Е. О. On the Technology of Making Chiral and Waveguides for

73. Microwave Propagation // Microwave and Optical Technol. Letters. 1996. -Vol. 11.-P. 103-107.

74. Whites K. W. Full Wave Computation of Constitutive Parameters for Lossless

75. Composite Chiral Materials // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1995. - Vol. 43, №4.-P. 376-384.

76. Chung C. Y. Effective Constitutive Parameters for an Artificial Uniaxial Bianisotropic Chiral Medium / C. Y. Chung, K. W. Whites // Journal Electromagnetic Wave Applicat. 1996. - Vol.10, № 10. - P. 1363-1388.

77. Bahr A. J. An Approximate Model for Artificial Chiral Material / A. J. Bahr, K.R.

78. Clausing // IEEE Trans. Antennas Propagat. -1994. Vol. 42, № 12. - P. 15921599.

79. Chung C.Y. Experimentally Observed and Numerically Predicted Scattering Response of Unaxial Bianisotropic Chiral Material Slabs / C.Y. Chung, K.W. Whites // Conf Bianisotropics'97, Glasgow. 1997. - P. 59- 62.

80. Lindell I. V. Chiral Maxwell-Garnett Mixing Formula / I.V. Lindell, A.H. Sihvola

81. Electron. Letters. 1990. - Vol. 26, № 2. - P. 118-119.

82. Lindell I. V. Analysis on chiral mixtures / I. V. Lindell, A.H. Sihvola // Journ.

83. Electromagnetic Wave Applicat. 1992. - Vol.6, №. 5/6. - P. 553-572.

84. Mariotte F. Modelling Effective Preoperties of Chiral Composites / F. Mariotte,

85. S. Tretyakov, B. Saviac // IEEE Antennas Propagation Mag. 1996. - Vol. 38. -P. 22-32.

86. Mariotte F. Isotropic Chiral Composite Modeling: Comparison Between Analytical, Numerical and Experimental Results / F. Mariotte, S. Tretyakov, B. Saviac // Microwave Opt. Technol. Letters. -1994. Vol. 7, №18. - P. 861-864.

87. D.Ya. Khaliullin. Electromagnetic Interaction of Small Chiral Particles / C.R

88. Simovski, B. Sauviac, S.A. Tretyakov, D.Ya. Khaliullin // AEU (International

89. Journal of Electronics and Communications). 1998. - Vol. 52, №1. - P. 25-31.

90. Lakhtakia A. Extended Maxwell Garnett Model for Chiral-in-Chiral Composites /

91. A. Lakhtakia, B. Shanker // Journal Phys. D.: Appl. Phys. 1993. - Vol. 26. - P: 1746-1758.

92. Jaggard D. Chiral Layers on Planar Surfaces / D. Jaggard, J.C. Liu // Journ.

93. Electromagnetic Wave Applicat. 1992. - Vol. 6, № 5/6. - P. 651-667.

94. He S. Electromagnetic Scattering from a Stratified Bi-isotropic (Nonreciprocal

95. Chiral) Slab: Numerical Calculations / S. He, Y. Hu // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1993. - Vol. 41, № 8. - P. 1057-1062.

96. Lindell I. V. Plane-Wave Reflection from Uniaxials Chiral Interface and its Application to Polarization Transformation /1. V. Lindell, A.H. Sihvola // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1995. - Vol. 43, № 12. - P. 1397- 1404.

97. Cory H. Multilayered Chiral Filters / H. Cory, L. Rosenhause // Electromagnetics.-1997. -Vol.17, № 4. P. 317-341.

98. Krowne С. M. Electromagnetic Properties of Nonreciprocal Composite Chirals

99. Ferrite Media // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1993. - Vol. 41, № 9. - P. 1289-1295.

100. Алимин Б.Ф. Техника расчета отражения и рассеяния от поглотителей электромагнитных волн // Зарубежная радиоэлектроника. 1977. - №3. — С. 128-151.

101. Пономаренко В.И., Куприянов И.К., Журавлев С.И. // РЭ. 1992. - Т. 37, №2.-С.346.

102. Добровенский- В.В. Гиромагнитная бестоковая электроника / В.В. Добровенский, Э.А. Засовин, Д.И. Мировицкий, А.К. Черепанов: М.: Моек; энерг.ин-т(Технич. унтт); 1998;- Т. 2. —С1191.

103. Ghacravarty S., Mittra R., Williams N.R. // IEEE. Trans.; -.2002. Vol. AP-50,3.-P. 284. ■■■ . ; V • ■

104. Kong Y.K. Matrix formalism of electromagnetic wave propagation through multiple layers in the near-field region: Application to the flat- panel display / Y.K. Kong, D.E. Lee, C.Y. Lee et. al. // Phis: Rev. E., 2003. Vol. 67. -P.046605.

105. Chan C.T. Photonic Band Gap from a Stack of Positive and;Negative Index Materials / C.T. Chan, Jensen Li, P. Sheng, Lei Zhou // Phis. Rev. Let., 2003. -Vol. 90, № 8. -P.083901.

106. Звездин А.К. Магнитооптика тонких пленок / А.К. Звездин, В.А. Котов. -М.: Наука, 1988.82.- Веселаго В.Г. // УФН:, 1967. Т. 92, № 4. - С.517.

107. Веселаго В.Г.//УФН., 2002.-Т. 172, № 10.-С.1215.

108. Беспятых Ю.И. Поверхностные поляритоны в композитных средах с временной дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемостей / Ю.И. Беспятых, А.С. Бугаев, И.Е. Дикштейн // ФТТ, 2001. Т. 42. - С. 2048-2052.

109. Transmission properties of left-handed band-gap structures / Shadrivov I.V., Zharova N.A., Zharov A.A. and Kivshar Y. // http://xxx.lanl.gov, arxiv: physics.

110. Островский O.C. Оптимизация широкополосных неотражающих многослойных покрытий / O.C. Островский, А.С. Сорока, А.А. Шматько // Конференция и выставка "СВЧ-техника и спутниковый прием". Материалы конференции. Севастополь, 1994. - С. 125-127.

111. Гребенюк Ю.И. Апроксимация градиентнонеоднородного. магнитодиэлектрика в задачах моделирования волноводных устройств / Ю.И. Гребенюк, О.С. Островский, А.С. Сорока // Конференция и выставка "СВЧ-техника и спутниковый прием". Материалы конференции.

112. Севастополь, 1992. С. 535-540.

113. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. - 343 с.j

114. Капилевич Б.Ю. Волновые явления в одномерных функциональных средах

115. Зарубежная радиоэлектроника. 1982. — №6. - С.29-53.

116. Vandana Jha Composites Based on Waste-Ferrites as Microwave Absorbers / Jha

117. Vandana, Banthia Ajit K. // Indian J. Phys. A., 1989. Vol. 63, № 5. - P.514-525.

118. Harmut H.F. Antennas and Waveguides for Nonsinusoidal Waves / H.F. Harmut- 1984.-276 p.

119. Бучельников В.Д. Электродинамические характеристики композита диэлектрик-металл / Бучельников В.Д., Бычков И.В., Федий А.А.,

120. Футерман Д.Е., Шавров В.Г. // Радиотехника и электроника. 2008. - № 4.- С.487-489.1.(

121. Розанов К.Н. Фундаментальное ограничение для ширины рабочего диапазона радиопоглощающих покрытий / К.Н. Розанов // Радиотехника и электроника. 1999. - Т. 44, № 5. - С.526-530.

122. Балашов A.M. Сб. Физические и физико-химические свойства ферритов /

123. A.M. Балашов, А.П. Черкасов, М.А. Хохлов и др. — Минск: Наука и техника, 1975.-С.203.

124. Jousse F. Handbook of Organic Conductive Molecules and Polimers / F.Jousse,

125. P. Hourquebie, L. Olmedo. Wiley: N-Y, 1997. - Vol. 3. - P. 367.

126. Казанцева H.E. Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона / Н.Е. Казанцева, Н.Г. Рывкина, И.А. Чмутин // Радиотехника и электроника. -2003. Т. 48, № 2. - С. 196-209.

127. Буц A.B. Особенности свойств волоконных полимерных композитов с электропроводящими и магнитными поглотителями: дис. канд. хим. наук. / Буц A.B. М.: Ин-т хим. физики РАН, 2000.

128. Пономаренко А.Т. Междунар. науч.-техн. конф. «Полимерные композиты»: сб. Трудов / А.Т. Пономаренко, Н.Г. Рывкина, И.А. Чмутин. -Гомель, 1998.-С. 19.

129. Золотухин ИВ. Новые направления физического материаловедения / И.В. Золотухин, Ю.Н. Калинин, О.В. Стогней. — Воронеж: Воронеж, гос. ун-т, 2000.i

130. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы / А.И. Гусев, A.A. Ремпель. -М.: Физматлит, 2001.

131. Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications / eds. A.S. Edelstein, R.C. Cammarata. Bristol; Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 1996.

132. Киренский JI.B. О некоторых возможностях практического использования ферромагнитных пленок на сверхвысоких частотах / Л.В. Киренский, Н.С. Чистяков // ДАН СССР. 1965. - Т.165, №1. - С. 81-84.

133. Ковнеристый Ю.К. Изыскание конструкционных маломагнитных сплавов железа, предназначенных для работы при обычных, низких и повышенных температурах, а также в условиях воздействия СВЧ излучений //

134. Высокопрочные немагнитные сплавы. — М': Наука, 1973. С.12-28.

135. Ковнеристый Ю.К. Поглощение СВЧ излучений в гетерогенных сплавах // Физика и химия обработки материалов. 1970. - №6. - С. 139-140.

136. Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1965. - 783 с.

137. Andersson Т. The Electrical Properties of Ultrathin Gold Films During and After Their Growth on Glass // J. Phys. D.: Appl. Phys. 1976. - Vol.9. - P. 973-985.

138. Vaessen W.T.E. Transmissiemetingen aan Bouwmaterialen, Reflectie aan Draadschermen en de Fysica van Dunne Metaallagen // The Netherlands: EUT internal report, May 1987. 112 p.

139. Валюкенас В.И. Исследование электропроводности тонких слоев Си и А1 на СВЧ и постоянном токе / В.И. Валюкенас, А.А. Видугирите, В.В. Кибартас, А.С. Лауцюс, Ю.А. Мешкоутис // Литовский физический сборник. 1968. - VIII, № 4. - С. 22-29.

140. Каплан А.Е. Об отражательной способности металлических пленок в СВЧ-и радиодиапазоне // Радиотехника и электроника. 1964. —№10. — С. 15-21.

141. Колпаков В.В. Приближенные граничные условия для проводящей пластины // Труды Сибирского физико-технического института. Вып.39. -1960.-С. 79-85.

142. Pichard. Alternative Analytical Forms of the Fuchs-Sondheimer Function / Pichard et. al. // J. Mat. Sci. 1985. - Vol.20. - P. 4185-4201.

143. Chen Chu-Xing. Calculation of Average Electron Mean Free Path for Metallic Thin Films // J. Mat. Sci. Let. 1987. - Vol.6. - P. 232-234.

144. Gillham» E.J. A Study of Transparent Highly Con-ducting Gold Films / E.J. Gillham et. al. // Phil. Mag. 1955. - Vol.46. - P. 1051-1068.

145. Chopra K.L. The Influence of a Superimposed Film on the Electrical Conductivity of Thin Metal Films / K.L. Chopra, M.R. Randlett // J. Appl. Phys. 1967. - Vol.38, №8, - P. 3144-3147.

146. Liao S.Y. Light Transmittance and RF Shielding Effectiveness of a Gold Film on a Glass. Substrate // IEEE Trans. EMC. 1975, - Vol. EMC-17, №4. P. . 211-216. ' : \ • '

147. Liao S.Y. RF Shielding Effectiveness and Lighttransmittance of Copper or Silver Film Coating on Plastic Substrate // IEEE Trans. EMC. 1976. -Vol.EMC-18- № 4. - P. 148-153:

148. Адонина А.И. Решетка; из брусьев, расположенная на двухслойном магнито диэлектрике / А.И. Адонина, О.С. Островский // Изв.вуз. Радиофизика. 1987. - Т.ЗО, №4. - С. 560-562.

149. МамфордУ.У.Некоторыепроблемыопасностимикрово л нового излучения для организма человека // ТИИЭИР. 1961. - Т.49; № 2. - С. 462-482.

150. Коварский А.В. Радиотехнические, характеристики композиционных материалов в СВЧ-диапазоне / А.В. Коварский, JI.A. Онищенко, В.Н. Филатов // Дифракция и распростр. электромагн. и акуст. волн. Моск. физ.-техн. ин-т. М., 1992. - С. 126-128. •

151. Экранирующая одежда: А.с.317373, СССР / Б.А.Минин. 1299589/2812; Заявлено 15.01.69, Опубл. 19.10.71, Бюл. №31.-2 с.

152. Zotov l.S. Dielectric-graphite composite: electrodynamical characteristics / I.V.Bychkov, l.S. Zotov, A.A. Fediy // 3rd International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics. London, 30 Aug-4 Sept 2009. L., 2009.

153. Гуляев Ю.В., Mетаматсриалы: Фундаментальные исследования и перспективы применения / Ю.В. 1'уляев, А.Н. Лагарьков, C.A. Никитов // Вестник российской академии наук. -2008. -Т. 78, № 5. С'. 438-457.

154. Belov P.A. Dispersion and reflection properties of artificial media formed by regular lattices of ideally conducting wires/ P.A. Belov, S.A. Tretyakov, AJ. Viitanen. J. // Waves and Appl. 2002. - Vol.16, №.8. - P. 1153-1170.

155. Ландау JI.Д. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. -М.: Наука, 1982.

156. Nicorovichi N.A. Photonic band gaps for arrays of perfectly conducting cylinders / N.A. Nicorovichi; R.C. McPhedran, L.C. Botten // Physical Review E. 1995. - Vol. 52, №1.-p. 1135-1145.

157. Chin S. K. Green's function and lattice sums for electromagnetic scattering by a square array of cylinders / S. K. Chin, N. A. Nicorovici, R. C. McPhedran // Physical Review E. 1994. - Vol. 49, №. 5. - P. 4590-4602.

158. Kuzmiak V. Photonic band structures of two-dimensional systems containing metallic components / V. Kuzmiak, A. A. Maradudin, F. Pincemin // Physical Review B. 1994. - Vol. 50, № 23. - P. 16835-16844.

159. Kuzmiak V. Photonic band structures of two-dimensional systems fabricated from rods of a cubic polar crystal / V. Kuzmiak, A.A. Maradudin; A.R. McGurn, // Physical Review B. 1997. - Vol. 55, №. 7. - P. 4298- 4311.

160. Ito T. Photonic bands of metallic systems. II. Features of surface plasmon polaritons / T. Ito, K.Sakoda // Physical Review B. 2001.- Vol. 64. - P. 045117.

161. Chan C.T. Metallic photonic band-gap materials / C.T. Chan, K.Mi Ho, M.M. Sigalas, C.M. Soukoulis // Physical Review B. 1995. - Vol.52, № 16. - P. 11744-11751.

162. Mahan G.D. Polaritons at surfaces / G.D. Mahan, G. Obermair // Physical Review. 1969. - Vol.l83, №3. - P: 834-841.

163. Завьялов A.C. Измерения параметров материалов на сверхвысоких частотах / A.C. Завьялов, Г.Е. Дунаевский — Томск: Изд-во Томск. Ун-та, 1985.

164. Метод и установка для измерения электрических параметров слабо поглощающих диэлектриков на базе панорамного измерителя КСВН и ослабления. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, вып. 9(413), 1988.

165. Измеритель КСВН панорамный Р2-6//Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1.403.044 ТО.

166. Я2Р-67. Индикатор КСВН и ослабления// Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.043.030 ТО.

167. ГКЧ. Блок управления/ЛГехническое описание и инструкция по эксплуатации. 2.390.014 ТО.

168. Mock J.J. Angle resolved microwave spectrometer for metamaterial studies/ J.J.Mock, P.M.Rye, D.R.Smith, A.F.Starr // Review of scientific instruments. -Vol. 75, №4. P.820-825.

169. Виноградов А.П. Электродинамика композитных материалов // под ред. Б.З. Каценеленбаума. -М.: Эдиториал УРСС, 2001.