Сегодняшний мир уже не представить без всевозможных средств беспроводной связи. Непременным атрибутом городского пейзажа стали люди с планшетами. Наличие зоны Wi-Fi стало условием работы мест общественного питания. Мобильные телефоны уже просто более обыденны,чем шариковая ручка.
Весь мир невидимых волн, окружающий нас, проявляет себя, однако, не только возможностью общаться, но и перебоями в работе, связанными с электромагнитными помехами.
Системы связи и передачи информации находят применение во всех сферах жизни общества. Они используются не только для непосредственной передачи информации между абонентами, но так же для связи на различных промышленных узкоспециализированных объектах, на промышленных предприятиях, в цехах, складах и т. д. В связи с этим растут требования к частотным характеристикам, скоростям передачи в телекоммуникационных каналах на данных объектах промышленности.
Повышение устойчивости телекоммуникационных каналов и эффективности систем передачи информации в настоящее время является важнейшей проблемой современной теории и техники связи.
Источники индустриальных помех очень разнообразны. Это обусловлено тем, что работа любого электромагнитного устройства вызывает электромагнитное излучение. Помехи создаются энергетически и электротехническим оборудованием, высоковольтными линиями электропередачи, промышленным электрическим транспортом. Следует отметить, что источники электромагнитного излучения весьма произвольно и случайно распределены в пространстве. Их влияние тем сильнее, чем ближе они расположены к телекоммуникационному оборудованию.
Столь специфичная тема, казалось бы, не оставляет пространства для порошковых красок. Однако изобретатель Peter Suorsa из компании Flextronics Ap, Llc увидел именно в нанесении покрытий одну из возможностей противостоять неприятностям в работе коммуникационного оборудования. В марте этого года он подал заявку на изобретение порошкового покрытия, предназначенного для поглощения электромагнитных волн.
В основе идеи Питера Суорсы лежит идея добавить в порошковую краску мелкодисперсные элементы, выполненные из материала с высокой магнитной проницаемостью. Наиболее подходящим автор считает пермаллой. Он приводит наилучший с его точки зрения состав: никеля 80%, железа 18%, молибдена 2%. Далее, важной является форма этих частиц. Питер предлагает три варианта: чешуйки, микросферические тела и палочки. Каждая из форм, как предполагает автор, окажется предпочтительной для какого-то спектра поглощаемых частот. Наиболее приемлемой, хотя, счёл именно чешуйки. Указанные элементы затем необходимо инкапсулировать в, например, силикат калия. И уже в таком виде смешивать с полимерным покрытием и наносить на корпус изделия. Это достаточно важный момент. Поскольку для успешной работы покрытия необходима изоляция металлических элементов друг от друга. В качестве способа нанесения покрытия выбрана ванна псевдоожижения.
На рис.1 схематично показан принцип работы покрытия. Идеальной толщиной покрытия является четверть длины волны. В результате волна помехи 102 частично отражается 104 на границе воздух/покрытие 103. А оставшаяся часть волны 106 отражается от поверхности металлического элемента 108, входящего в состав покрытия. В результате происходит взаимное погашение отражённых волн, не совпадающих по фазе.
На рис.2 показаны пермаллойные чешуйки внутри слоя тонкоплёночного поглотителя. При увеличении слоя покрытия можно достичь нескольких слоёв чешуек. Что приведёт к остановке множественных волн помех в результате несовпадения по фазе отражённой волны по всей поверхности чешуек с волной, отражённой на границе воздух/диэлектрик.
Залог успешной работы покрытия автор видит в правильном подборе диэлектрика, которым изолированы металлические элементы в покрытии. Для разных видов помех могут быть использованы полиморфный кремний, карбонат кремния и более экзотические материалы, как нитриды переходных металлов.
Описанным способом автор предполагает получить эффективный материал для поглощения помех на частоте 2,4 ГГц, характерного для Wi-Fi. И если при обычном экранировании, учитывая длину волны 124 мм, необходимо иметь слишком толстую плёнку защиты, то при использовании магнитных элементов аналогичный эффект поглощения возможен уже при толщине плёнки в 1 микрон.
На рис. 3 автор схематично показал нанесение своего магнитного защитного порошкового покрытия в ванне псевдоожижения. Хотя и предусмотрел для окраски рулонной стали достаточно специфичный способ порошковой окраски, как электромагнитная щётка.
Исключительно важным является соотношение активных частиц и собственно полимерного покрытия. Автор считает оптимальным содержание до 80% магнитных чешуек в покрытии. Поэтому и выбрано нанесение в ванне псевдоожижения, потому что обычное электростатическое напыление не позволит нанести подобное покрытие. Отдельным пунктом проходит выбор активного материала для нанесения способом электромагнитной щётки. Поскольку этот способ подразумевает нанесение частиц порошковой краски, прилипших к частицам ферритового носителя, тянущимся от магнитного барабана в виде бус. Магнитная природа металлов, образующих активные тела в описываемом покрытии предотвратит их передачу на подложку. Поэтому автор вводит в свой патент упоминание о применении метаматериалов в качестве активных частиц.
На рис.4 показаны основные моменты идеи Питера:
Отрицательная диэлектрическая постоянная и отрицательная магнитная проницаемость метаматериалов дают возможность их применения для нарождающегося на свет класса защитных покрытий. Автор описывает получение дипольных моментов из частиц диэлектрика, чья диэлектрическая константа выше, чем у связующего полимера и магнитной частицы. Получаемые пары индуктор/конденсатор позволяют получать требуемые поглотительные характеристики покрытия.
Дальнейшая технология их обработки та же, что и для пермаллойных элементов. Но получение возможности окраски рулонной стали способом электромагнитной щётки уже предоставляет широкие возможности получения необходимого строго контролируемого тонкоплёночного покрытия с достаточно высокой производительностью.
В целом, можно судить, что по мере возрастания важности бесперебойной работы электрооборудования и повышения значения высокочастотных источников помех, интерес к идее автора описываемого изобретения возрастёт. Правда, для достижения успеха необходимы длительные исследования оптимальных размеров частиц, их форм, подбор их для разных источников помех и т. д. А это всё предстоит сделать не химикам, авторам порошковых формул, а радиофизикам. Скорее всего, нам ещё предстоит услышать новости о появлении нового вида защитных покрытий через несколько лет.
Начальник коммерческого отдела
ООО Фирма "ОДРИ"
Новак Сергей.
