Capitolo 8 - Nuovi materiali assorbenti
In questo capitolo saranno descritti nuovi materiali assorbenti broad band, l’utilizzo dei quali dovrebbe evitare, o quanto meno fortemente ridurre, la perdita che le prestazioni assorbenti hanno con il passare degli anni e che si sono evidenziate nel precedente capitolo.
8.1 Nuovi materiali resistivi
Attraverso la ricerca si è stabilito da tempo che la topologia microscopica delle particelle di metalli, con dimensioni che vanno dai 10 ai 500 nano-metri, disperse in una matrice non conduttiva può essere vantaggiosamente utilizzata per regolare l’effettiva resistività di questi materiali eterogenei; l’appropriata preparazione delle particelle di metallo all’interno di un’adeguata matrice è servita da base per la produzione di una nuova classe di materiali resistori. Alla scoperta seguì una varietà di progetti innovativi nel campo delle alte frequenze e delle microonde, ma l’applicazione per la creazione di materiali assorbenti nel campo della compatibilità elettromagnetica non fu considerata a causa dei grandi volumi di materiale necessari che non avrebbero consentito significativi vantaggi rispetto all’utilizzo di materiali tradizionali.
Attualmente si sono sviluppati dei processi tecnici di produzione attraverso cui le particelle di alcuni metalli riescono ad essere preparate su una disposizione quasi bidimensionale o dentro un sottile film di polimeri che funge da substrato. La resistenza risultante del film dipende dalla topologia delle particelle di metallo e può essere ampiamente modificata attraverso processi specifici. La possibilità di produrre grandi quantità di questi nuovi materiali a costi ragionevoli ha spinto verso la loro utilizzazione nella realizzazione di piramidi assorbenti cave.
L’idea è quella di realizzare forme piramidali di appropriate dimensioni, lunghe approssimativamente un quarto della lunghezza d’onda corrispondente alla più bassa frequenza da assorbire, fissare su di esse il film resistivo e proteggere
quest’ultimo coprendolo con apposite vernici. In Figura 8.1 è presentato un esempio di coni prodotti con il nuovo approccio.
Figura 8.1
Essendo le prestazioni assorbenti di questi nuovi elementi analoghe a quelle dei pannelli anecoici classici i vantaggi derivanti dal loro utilizzo diventano facilmente intuibili
Il film assorbente si trova sulla superficie dell’elemento ed è montato direttamente sul materiale sagomato, di conseguenza può trasferire molto efficacemente l’energia assorbita e l’elemento risulta in grado di sopportare campi d’intensità molto elevata.
Gli elementi assorbenti, avendo una struttura rigida e non presentando gli inconvenienti visti nel Paragrafo 7.3 legati alla presenza di polvere di carbonio dei coni tradizionali, hanno livelli di stabilità di prestazioni e di tenuta meccanica molto alti nel lungo periodo.
Essendo le strutture cave il loro peso è molto ridotto.
I volumi da trasportare sono molto ridotti dato che la cavità delle strutture consente di poterle impilare.
Tutti i materiali utilizzati per la costruzione di questi nuovi elementi possono essere ignifughi e resistenti alle intemperie.
Un altro vantaggio dei materiali assorbenti prodotti con questa tecnologia è dato dalla possibilità di regolare l’impedenza del film con estrema precisione.
8.2 Caratterizzazione di campioni di film assorbenti
Attraverso l’utilizzo di un analizzatore di rete vettoriale si è provveduto ad effettuare la caratterizzazione di quattro campioni di materiale, la cui proprietà caratteristica è quella di avere costante dielettrica complessa le cui componenti sia reali che immaginarie variano con la frequenza.
I campioni sono fogli di spessore pari a 0,25 millimetri e sono caratterizzati da una resistività pari rispettivamente a 300, 200, 100 e 50 Ω/m2. L’analisi è stata effettuata tra 1 e 18 GHz e i risultati sono stati riportati, distinguendo parte reale ed immaginaria, nei grafici seguenti.
Costante dielettrica con resistività di 300 Ohm/sqm
0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Frequenza in GHz Real Imag
Costante dielettrica con resistività di 200 Ohm/sqm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Frequenze in GHz Real Imag
Grafico 8.2: Costante dielettrica del campione con resistività 200 Ω/m2
Costante dielettrica con resistività di 100 Ohm/sqm
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Frequenze in GHz Real Imag
Costante dielettrica con resisitività 50 Ohm/sqm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Frequenze in GHz Real Imag
Grafico 8.4: Costante dielettrica del campione con resistività 50 Ω/m2
Al momento tutte le informazioni in nostro possesso sembrerebbero far pensare che quella dei coni cavi con film resistivo sia la scelta migliore per la realizzazione di nuove camere anecoiche.
Lo studio e la verifica del materiale dovrà comunque continuare, in particolare si dovranno costruire dei coni, per ogni tipo di materiale di cui si sono testati i campioni, per poter effettuare un confronto diretto fra le loro prestazioni e quelle di classici coni anecoici di poliuretano aventi le stesse dimensioni.
