ABSORBEDOR DE MICROONDAS, ESPECIALMENTE PARA APLICACIONES DE ALTA TEMPERATURA.

Un absorbedor de microondas, especialmente para aplicaciones de alta temperatura,

que comprende al menos una lámina de resistencia y al menos una capa dieléctrica, estando hecha dicha capa dieléctrica de un material que resiste altas temperaturas, que se caracteriza porque la lámina de resistencia está hecha de un material de la fase MAX.

El invento presente se refiere a un absorbedor de radiación para el campo de las microondas. Se conoce cubrir superficies que reflejan radiación de radar con diferentes tipos de absorbedor de radar. La mayoría de los absorbedores de radar tienen actualmente una estructura de capa. Los hay que usan una o más láminas de resistencia delgadas con una resistencia superficial apropiada. Los absorbedores de técnica anterior de este tipo son pantallas Salisbury, absorbedores Jaumann y capas de hoja única.

Una pantalla Salisbury consta de una lámina de resistencia que está situada a una distancia de un cuarto de una longitud de onda de una superficie de metal. La lámina de resistencia tiene la misma resistencia superficial que la impedancia de la onda en el vacío y la capa intermedia es una capa dieléctrica con una constante dieléctrica próxima a 1. Un absorbedor Jaumann es una combinación de dos o más pantallas Salisbury. Una capa de hoja única consta de dos capas de dieléctrico con una lámina de resistencia intermedia. Es bien conocido cómo los absorbedores de radar de técnica anterior deben ser construidos con respecto a la resistencia superficial de las láminas de resistencia, a la constante dieléctrica relativa de las láminas dieléctricas y al espesor de las capas incluidas en el absorbedor de radar para que funcionen de acuerdo con los requisitos.

La resistencia superficial de la lámina de resistencia, la constante dieléctrica relativa del material separador y el espesor de las diversas capas se deben al margen de frecuencia para el que se ha optimizado la estructura y el grado de reflexión que se desea, que es debido a las demandas exigidas al absorbedor. En la Figura 1a se muestra un ejemplo de una capa de hoja única optimizada para la banda X y P. La resistencia superficial de la lámina de resistencia es 125 /K. Las dos capas de material separador son materiales dieléctricos con una constante dieléctrica relativa r = 4 y un espesor de 3 mm. La Figura 1b muestra la reflexión medida dentro del margen de frecuencias de 0 - 20 GHz del absorbedor de radar de la Figura 1a. El absorbedor tiene una reflexión inferior a -13 dB (5%) dentro del margen de frecuencias de 7,4 - 17,7 GHz.

Las láminas de resistencia de los absorbedores de radar que se usan actualmente están hechas con frecuencia de tejido de fibra de carbono o de una película de plástico con una lámina con pérdidas delgada. Estos materiales funcionan a la temperatura ambiente y a temperaturas próximas a ella. Sin embargo, no pueden ser usadas a temperaturas significativamente más elevadas ya que entonces se destruirían. Es, sin embargo, muy importante que se pueda producir un absorbedor de radar que pueda ser aplicado a las superficies calientes, tales como la salida de un motor de reacción o de un motor-cohete. Esto no ha sido posible con absorbedores de radar de la técnica anterior más próxima.

El invento presente proporciona una solución a este problema mediante el diseño del invento como se define en la reivindicación independiente siguiente. El resto de las reivindicaciones se refieren a realizaciones ventajosas del invento. El invento es, por supuesto, muy útil también en aplicaciones tradicionales a temperaturas inferiores.

El invento será descrito a continuación con más detalle haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1a muestra un ejemplo de la estructura de una capa de hoja única. La Figura 1b es un diagrama de la capacidad de absorción de radiación de la capa de hoja única de la Figura 1a. La Figura 2a muestra un primer diseño de ensayo del invento. La Figura 2b es un diagrama de la capacidad de absorción de radar de la realización del invento mostrada en la Figura 2a. La Figura 3a muestra un segundo diseño de ensayo del invento. La Figura 3b es un diagrama de la capacidad de absorción de radar de la realización del invento mostrada en la Figura 3a.

En el invento se empieza, debido a la aplicación, a partir de un absorbedor de radar de algún tipo conocido, en el que la lámina de resistencia tradicional o las láminas de resistencia tradicionales han sido sustituidas por láminas hechas de un material de la fase MAX. Dichos materiales resisten temperaturas elevadas, véase a continuación la explicación adicional de estos materiales. Además, las capas dieléctricas incluidas están hechas de un material resistente a la temperatura con propiedades eléctricas apropiadas. Se hace referencia aquí a estos materiales como cerámicas de baja permitividad (constante dieléctrica relativa r < 15), se llaman cerámicas a todos los materiales que son inorgánicos y no metálicos.

Esto significa que en las cerámicas se incluyen también diferentes tipos de cristal. Los hay que resisten temperaturas elevadas. En la Tabla 1 mostrada a continuación hay unos pocos ejemplos de cerámicas de baja permitividad con su constante dieléctrica. También pueden utilizarse compuestos cerámicos (compuestos cerámicos reforzados con partículas, cerdas y fibra) como capas dieléctricas con tal de que tengan una constante dieléctrica apropiada.

Tabla 1

Cuando sea necesario, la constante dieléctrica de las cerámicas puede ser reducida mediante la introducción de poros en el material. La constante dieléctrica puede ser reducida también mediante la producción de materiales compuestos. Para la mulita, es posible producir, por ejemplo, materiales compuestos de mulita y cristal de cuarzo o de mulita y cordierita.

10 Con respecto a la lámina de resistencia, se ha demostrado en lo que sigue a continuación que un material de la fase MAX, puede funcionar, en cuanto a las propiedades electromagnéticas, de la misma manera que las láminas de resistencia utilizadas hasta ahora. Cuando se produce un absorbedor de radar, se usa por tanto una técnica que es conocida desde el punto de vista de la absorción de radiación, y una persona experta en la técnica calcula, de la manera tradicional, propiedades electromagnéticas deseables de las capas incluidas, basándose en los requisitos.

La característica especial del invento es el conocimiento de que los materiales de la fase MAX pueden ser usados en la lámina de resistencia. Los materiales de la fase MAX tienen muchas propiedades beneficiosas en el contexto, por ejemplo, resisten las temperaturas elevadas.

20 Los materiales de la fase MAX son materiales que están definidos por la fórmula Mn+1AXn. En la fórmula, M representa un metal de transición del grupo que comprende el escandio (Sc), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), zirconio (Zr), niobio (Nb), molibdeno (Mo), hafnio (Ht) y tántalo (Ta) o una combinación de dos o más metales de transición del grupo. A representa los elementos del grupo del aluminio (Al), silicio (Si), fósforo (P), azufre (S), galio (Ga), germanio (Ge), arsénico (As), cadmio (Cd), indio (In), estaño (Sn), talio (TI) y plomo (Pb) o una combinación de dos o más elementos del grupo. X representa carbono (C) y/o nitrógeno (N).

En la formula para los materiales de la fase MAX, Mn+1AXn, n puede ser 1, 2 ó 3, lo que da lugar a tres grupos de materiales. El primer grupo con n = 1 es llamado el grupo 211. Los números representan el número de átomos de cada elemento químico M, A y X, respectivamente. La Tabla 2, que se muestra a continuación, contiene todos los materiales conocidos actualmente del grupo 211. El segundo grupo es el de n = 2 y se llama el grupo 312. Se conocen tres materiales en este grupo, Ti3GeC2, Ti3AlC2 y Ti3SiC2. El tercer grupo es el de n = 3 y se llama el grupo

413. Éste contiene solamente un material conocido actualmente, Ti4AlN3. Tabla 2

Los materiales de la fase MAX tienen una estructura cristalina especial que combina las mejores propiedades de los metales con las ventajas de las cerámicas. Tienen una elevada conductividad eléctrica... [Seguir leyendo]

1. Un absorbedor de microondas, especialmente para aplicaciones de alta temperatura, que comprende al menos una lámina de resistencia y al menos una capa dieléctrica, estando hecha dicha capa dieléctrica de un material queresiste altas temperaturas, que se caracteriza porque la lámina de resistencia está hecha de un material de la fase MAX.

2. Un absorbedor de microondas como se reivindica en la reivindicación 1, que se caracteriza porque la lámina de resistencia está hecha de un material de la fase MAX del grupo 312.

3. Un absorbedor de microondas como se reivindica en la reivindicación 2, que se caracteriza porque la lámina de resistencia está hecha de un carburo de silicio titanio, Ti3SiC2.

4. Un absorbedor de microondas como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 – 3,

10 que se caracteriza porque el material dieléctrico es una cerámica de baja permitividad o un compuesto de cerámica.

5. Un absorbedor de microondas como se reivindica en la reivindicación 4,

que se caracteriza porque se introducen poros en el material cerámico con el objeto de reducir la constante 20 dieléctrica hasta un nivel deseable.