El atenuador de la invención está constituido a partir de una lámina atenuadora situada de forma que,

en posición de uso del atenuador, dicha radiación electromagnética incide sobre la lámina atenuadora, y de una base conductora, situada en posición de uso del atenuador por debajo de dicha lámina atenuadora. La lámina atenuadora está constituida por dos capas, la primera, de material dieléctrico y de espesor d3, situada directamente sobre la lámina metálica, la segunda, de espesor d2 constituida por un material dieléctrico que contiene microhilos metálicos no magnéticos con cubierta aislante de 1 a 2 mm de longitud situada sobre la primera y recubriendo todo, con la particularidad de que la segunda lámina está constituida a partir de una mezcla de pintura y microhilos aplicada sobre la primera lámina. A partir de las impedancias del composite y del dieléctrico así como del espesor de dicho composite se puede controlar el espectro del atenuador

Atenuador de radiaciones electromagnéticas y procedimiento para el control del espectro del mismo.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un atenuador de la radiación electromagnética reflejada por un metal basado en microhilos metálicos con cubierta aislante.

La invención se encuadra dentro del campo técnico de los metamateriales o composites, cubriendo también aspectos de electromagnetismo, de absorbentes magnéticos y de metalurgia.

Antecedentes de la invención

Numerosas aplicaciones requieren eliminar las reflexiones de la radiación electromagnética. El gran número de sistemas electrónicos incorporados en los vehículos da lugar a un aumento de las interferencias electromagnéticas. Este problema incluye falsas imágenes, interferencias en los radares y disminución en el rendimiento debido al acoplo entre unos sistemas y otros. Un absorbedor de microondas podría ser muy efectivo para eliminar este tipo de problemas. También existe, incluso mayor interés, en reducir la sección radar de determinados sistemas para prevenir o minimizar su detección.

Los absorbentes de microondas se hacen modificando las propiedades dieléctricas, o lo que es lo mismo la permitividad dieléctrica, o permeabilidad magnética, de determinados materiales. En el primer caso se trata de absorbentes dieléctricos que basan su funcionamiento en el principio de resonancia a un cuarto de la longitud de onda. Sin embargo, en el segundo caso, se trata de la absorción de la componente magnética de la radiación. Los primeros intentos realizados para eliminar reflexiones incluyen el método de la pantalla absorbente de Salisbury, el absorbente no resonante, el resonante y los absorbentes magnéticos resonantes de ferrita. En el caso de la pantalla de Salisbury [patente US-2599944], una pantalla con una resistencia eléctrica elegida cuidadosamente se coloca en el punto dónde el campo eléctrico de la onda es máximo, es decir, a una distancia igual a un cuarto de la longitud de onda respecto de la superficie que se quiere apantallar. Este método tiene poca utilidad práctica pues el absorbente es demasiado grueso y solo es efectivo para una banda de frecuencias y una variación de ángulos incidentes demasiado estrechas.

En los métodos no resonantes la radiación atraviesa una lámina dieléctrica para posteriormente ser reflejada por la superficie metálica. La lámina dieléctrica es suficientemente gruesa como para que, en el curso de su reflexión, la onda sea suficientemente atenuada antes de re-emerger desde la lámina. Como la lámina debe estar hecha de un material que presente bajas pérdidas a alta frecuencia y bajas propiedades de reflexión para asegurar penetración y reflexión, la lámina deber ser muy gruesa para atenuar la onda con efectividad.

En los primeros métodos resonantes se colocan materiales con elevadas pérdidas dieléctricas directamente sobre la superficie conductora que se quiere proteger. El material dieléctrico tiene un espesor efectivo, medido dentro del material, aproximadamente igual a un número par de cuartos de semilongitudes de onda de la radiación incidente. La utilidad del método es limitada debido al elevado espesor de la lámina dieléctrica y a la estrecha banda de absorción que presentan sobretodo a bajas frecuencias. Se ha intentado suplir estas deficiencias dispersando, en el dieléctrico, partículas conductoras ferromagnéticas. Sin embargo, cuando se dispersan partículas metálicas, elevadas permeabilidades, del orden de 10 ó 100, no son compatibles con conductividades bajas, del orden de 10^-2 ó 10^-8 mohm por metro.

Otro tipo de absorbentes son aquellos conocidos como absorbentes de ferrita [patente US-3938152] que presentan claras ventajas frente a los aquí ya expuestos. Funcionan en forma de láminas finas de forma que superan las desventajas del elevado espesor requerido por los absorbentes dieléctricos. Además son efectivos para frecuencias entre 10 MHz y 15.000 MHz y disipan más energía que los dieléctricos.

Los absorbentes de ferrita desarrollados hasta el momento eliminan las reflexiones mediante láminas de ferritas aislantes o semiconductoras, y en particular óxidos ferromagnéticos metálicos, colocadas directamente sobre la superficie reflectora. En estos casos el término ferrita se refiere a óxidos metálicos ferromagnéticos incluyendo, pero no limitándose a ellos, compuestos tipo spinel, garnet, magnetoplumbita y perovskitas.

En este tipo la absorción es de dos tipos, que se pueden dar o no simultáneamente. Se trata de las pérdidas dieléctricas y magnéticas. Las primeras se deben a la transferencia de electrones entre los cationes Fe²⁺ y Fe³⁺ mientras que las del segundo tipo proceden del movimiento y de la relajación de espines de los dominios magnéticos.

De acuerdo con determinadas invenciones [patente US-3938152] a bajas frecuencias, generalmente aquellas en el rango entre UHF y la banda L, la energía se extrae predominantemente de la componente magnética del campo de la radiación incidente mientras que, a frecuencias más altas, generalmente en la banda L y superiores, la energía se extrae igualmente de componente eléctrica y magnética.

Este tipo de absorbentes eliminan la reflexión porque la radiación establece un campo magnético máximo en la superficie del conductor. En incidencia normal de una onda plana sobre un conductor ideal se produce reflexión total, la intensidad reflejada es igual a la intensidad incidente. Las ondas, incidente y reflejada, se componen entonces generando una onda estacionaria en la que el campo eléctrico es nulo en la frontera del conductor, mientras que en esa frontera el campo magnético es máximo. Existe una condensación del campo magnético durante el máximo tiempo posible. De este modo, en el caso de la ferrita, es necesario que la radiación incidente atraviese la lámina absorbente para establecer las condiciones de máximo campo magnético. Se ha visto que la parte compleja de la permeabilidad de ciertos óxidos metálicos ferromagnéticos varía con la frecuencia de tal modo que permite obtener bajas reflexiones sobre rangos de frecuencia muy amplios sin necesidad de utilizar absorbedores magnéticos de espesores elevados como en otros casos.

Teniendo en cuenta el coeficiente de reflexión en metales para incidencia normal se deduce que cuando se trabaja con una lámina delgada la onda reflejada se puede atenuar independientemente de la permitividad eléctrica del material absorbente. Se producirán reflexiones mínimas a una determinada frecuencia si la permeabilidad compleja μ'' es sustancialmente mayor que la real μ' siempre que el producto Kτ << 1 donde K es el número de onda y τ el espesor de la lámina.

Entre los absorbentes de tipo magnético se pueden incluir aquellos basados en microhilos magnéticos amorfos obtenidos por técnica de Taylor. Este tipo de absorbente puede ser tanto una pintura como otro tipo de matriz dieléctrica en la que se distribuyen aleatoreamente microhilos magnéticos amorfos con elevada anisotropía magnética que presentan propiedades de resonancia ferromagnética. [patente US11/315645].

Es conocida la técnica de Taylor para la fabricación de microhilos, que permite la obtención de microhilos con diámetros muy pequeños y comprendidos entre una y varias decenas de micras a través de un proceso simple. Los microhilos así obtenidos se pueden hacer a partir de una gran variedad de aleaciones y metales magnéticos y no magnéticos. Esta técnica está descrita, por ejemplo, en el artículo "The Preparation, Properties and Applications of Some Glass Coated Metal Filaments Prepared by the Taylor-Wire Process" W. Donald et al., Journal of Material Science, 31, 1996, pp 1139-1148.

La característica más importante del método de Taylor es que permite obtener metales y aleaciones en la forma de microhilo con cubierta aislante en una operación única y simple con la economía que esto conlleva en el proceso de fabricación.

La técnica para la obtención de microhilos magnéticos con cubierta aislante y microestructura amorfa se describe, por ejemplo, en el artículo "Magnetic Properties of Amorphous Fe_P Alloys Containing Ga, Ge y As" H. Wiesner and J. Schneider, Stat. Sol. (a) 26, 71 (1974), Phys. Stat. Sol. (a) 26, 71 (1974).

Además de microhilos magnéticos amorfos la técnica de Taylor permite la obtención de microhilo metálicos de cobre, plata y oro recubiertos de pyrex. Los diámetros...

1. Atenuador de radiaciones electromagnéticas, que siendo del tipo de los destinados a atenuar la radiación electromagnética reflejada por una superficie metálica en un rango de frecuencias preseleccionado, se caracteriza porque está constituido a partir de una lámina atenuadora situada de forma que, en posición de uso del atenuador, dicha radiación electromagnética incide sobre la lámina atenuadora, contando con una base conductora, no necesaria pero preferiblemente plana, situada en posición de uso del atenuador por debajo de dicha lámina atenuadora, habiéndose previsto que la citada lámina atenuadora esté constituida por dos capas, la primera, de material dieléctrico y de un determinado espesor d₃, situada directamente sobre la lámina metálica, y la segunda, de un determinado espesor d₂ constituida por un material dieléctrico que contiene microhilos metálicos no magnéticos con cubierta aislante de 1 a 2 mm de longitud situada sobre la primera capa y recubriendo todo, con la particularidad de que la segunda lámina está constituida a partir de una mezcla de pintura y microhilos aplicada sobre la primera lámina.

2. Atenuador de radiaciones electromagnéticas, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los microhilos son metálicos no magnéticos.

3. Atenuador de radiaciones electromagnéticas, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la cantidad de microhilos insertos en el composite está por debajo del umbral de precolación.

4. Atenuador de radiaciones electromagnéticas, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la lámina atenuadora está adherida a la base conductora.

5. Procedimiento para el control del espectro del atenuador de radiaciones electromagnéticas de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frecuencia asociada al pico de atenuación máxima se controla a partir de las impedancias del composite y del dieléctrico.

6. Procedimiento, según reivindicación 5ª, caracterizado porque la impedancia del composite se controlar a partir de la permitividad del composite.

7. Procedimiento, según reivindicación 6ª, caracterizado porque el tamaño de los microhilos es tal que el producto del del factor depolarizador de los microhilos, N_z, por su permitividad, \varepsilon_i, es siempre mayor que la permitividad del dieléctrico, \varepsilon_h.

8. Procedimiento, según reivindicaciones 6ª y 7ª, caracterizado porque la permitividad del composite se controlar a partir del factor depolarizador de los microhilos.

9. Procedimiento, según reivindicación 8ª, caracterizado porque el factor depolarizador de los microhilos se controla a partir de su longitud.

10. Procedimiento, según reivindicaciones 5ª a 9ª, caracterizado porque el ancho de banda de atenuación se controla a partir del espesor del composite.