1.2. CẤU TRÚC HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU
1.2.2. Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ tạo mạch cộng hưởng
Vật liệu được chế tạo từ các vật liệu từ, các chất dẫn điện, các chất điện mơi thích hợp và được thiết lập theo một cấu trúc đặc biệt sẽ tạo mạch cộng hưởng triệt tiêu năng lượng vi sóng – cấu trúc hấp thụ sóng điện từ radar (RAS) dạng mạch cộng hưởng. Đặc tính và khả năng hấp thụ vi sóng của vật liệu phụ thuộc vào tính chất, tính định hướng phân cực và mật độ của các hợp chất từ và chất điện môi của vật liệu [59]. Meyer và các cộng sự đã khám phá ra cấu trúc hấp thụ năng lượng vi sóng do tạo mạch cộng hưởng của các vật liệu phân cực từ phụ thuộc vào độ đồng nhất của các phân cực từ. Cấu trúc hấp thụ do tạo mạch cộng hưởng của vật liệu từ có cấu tạo như hình 1.2.
Các vật liệu phân cực từ và phân cực điện có cấu trúc như hình 1.2 sẽ tạo mạch cộng hưởng tương tự như mạch dao động hình 1.3
Các vật liệu trong cấu trúc hấp thụ điện từ dạng cộng hưởng được bố trí sao cho độ dài phần dẫn đồng trục và phần dẫn cảm ứng trong khoảng 1/4÷ 1/2 (: Bước sóng của bức xạ điện từ), thường là các chất dẫn điện có tính chất tổn hao từ. Năng lượng tia bức xạ truyền tới đập vào bề mặt vật liệu tạo dao động cộng hưởng tương ứng với bước sóng của nó. Các dao động cộng hưởng sẽ bị triệt tiêu trong phần vật liệu sắt từ có vai trò là vật liệu dẫn điện cảm ứng và đồng trục. Ngoài ra, năng lượng của tia bức xạ còn bị tổn hao do trở kháng của mạch, tổng trở bề mặt của vật liệu hấp thụ vi sóng để tạo cấu trúc mạch cộng hưởng có giá trị tối ưu trong khoảng 200 – 400 [16, 25, 26, 27].
Một dạng bố trí khác của vật liệu phân cực từ sao cho trục momen phân cực của vật liệu vng góc và song song với mặt kim loại của máy bay (hợp kim duyra) tạo thành tổ hợp cộng hưởng hai chiều (hình 1.4) [46, 48]. Mật độ bố trí và kích thước các vật liệu phân cực từ phụ thuộc vào bước sóng.
L L/2 A B L D C R2 R3 C R1 L Hình 1.3: Mạch cộng hưởng dao động R1, R2, R3: Điên trở L: Cuộn cảm C: Tụ điện Hình 1.2: Cấu trúc hấp thụ sóng điện từ tạo mạch
cộng hưởng của các hợp chất phân cực từ A: Nền kim loại
B: Vật liệu có tính chất sắt từ C: Vật liệu dẫn điện đồng trục D: Vật liệu dẫn điện cảm ứng
Các vật liệu phân cực từ được sử dụng là các loại vật liệu có tính chất sắt từ dạng bột có kích thước < 5m như các loại hợp kim Fe – silic, Fe – Ni [13] .v.v.; các phức cacbonyl của Fe, Ni; các ferit [69]. Các vật liệu sắt từ dạng pigment có hình dạng cầu hay dạng sợi được phối trộn trong các loại nhựa polyme thích hợp tạo composite từ phức hợp.Ví dụ composite của bột Fe xám có khả năng hấp thụ vi sóng tối đa tại 9.4GHz [15]. Tính chất hấp thụ năng lượng của các vật liệu hấp thụ phụ thuộc vào:
Khối lượng và mật độ hạt pigmen phân cực từ trong cấu trúc Mật độ phân cực trên một đơn vị diện tích
Mật độ đồng nhất của các phân cực từ Góc tiếp xúc với tia tới của bức xạ.
Khả năng hấp thụ và dải sóng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu phụ thuộc vào tính chất từ và hình dạng kích thước của các cấu tử thành phần. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của composite của các hạt garnet từ Y2(Fe0.5Co0.5)17 có kích thước nano, các thơng số hằng số điện môi phức hợp (’, ”) nhỏ và không đổi trong dải tần 1 – 10 GHz cho thấy vật liệu có độ suy giảm tín hiệu phản hồi khoảng -20 dB trong dải tần 2.7 – 8.1GHz với độ dày của vật liệu 2.2 – 5.7mm và độ suy giảm tín hiệu phản hồi > 43 dB tại đỉnh pic 5.6GHz với độ dày vật liệu 3mm [40].
Khi sử dụng các vật liệu hấp thụ từ là các chất dẫn điện, ví dụ: Fe và hợp kim của Fe thì trong RAS cộng hưởng khơng cần có thành phần dẫn điện. Đối với các loại vật liệu phân cực từ không dẫn điện như các loại ferit từ, các phức cabonyl của Fe, Ni, Co thường được phối trộn với các chất dẫn điện dạng sợi hay các polyme dẫn diện để tạo mạch cộng hưởng.
Mỗi loại vật liệu từ hoặc vật liệu điện môi chỉ hấp thụ năng lượng vi sóng tại một dải tần số nhất định tuỳ thuộc vào cấu trúc và tính chất của vật liệu [6] như các hợp kim từ, các hợp kim sắt từ, các phức chất cacbonyl của Fe, Ni, Co có khả năng hấp thụ năng lượng trong dải tần số thấp (2 – 9 GHz)[13], các vật liệu ferit có cấu trúc spinel và vật liệu có cấu trúc dạng perovskite có khả năng hấp thụ trong dải tần số cao hơn (8 – 12 GHz) [31, 74, 75]. Khả năng phản xạ bức xạ sóng điện từ của cấu trúc này phụ thuộc vào độ đồng nhất của bề mặt tiếp xúc, mật độ và độ phân bố các thành phần cộng hưởng và các thành phần có chức năng như là điện trở trong cấu trúc cộng hưởng.