방사선 흡수 물질

Radiation-absorbent material
EMC 테스트에 사용되는 RF 무반향 챔버.

일반적으로 RAM이라고 알려진 방사선 흡수 물질은 입사 RF 방사선(비이온화 방사선이라고도 함)을 가능한 한 많은 입사 방향에서 효과적으로 흡수하도록 특수 설계 및 형상화된 물질이다. RAM의 효과가 클수록 반사 RF 방사선의 결과 수준은 낮아진다. 전자파 적합성(EMC)과 안테나 방사선 패턴의 많은 측정에서는 반사를 포함하여 시험 설정에서 발생하는 모의 신호가 측정 오류와 모호성을 야기할 위험을 피하기 위해 무시할 수 있어야 한다.

소개

대형 드라이브 인 RF 무반향 테스트 챔버. 크기 참조용 주황색 주의 원뿔을 기록해 두십시오.
피라미드 램. 회색 페인트는 민감한 방사선 흡수 물질을 보호하는 데 도움이 된다.

가장 효과적인 유형의 RAM 중 하나는 피라미드 모양의 조각들로 이루어져 있으며, 각각의 조각들은 적절한 손실성 재료로 구성되어 있다. 효과적으로 작동하려면 무반향실의 모든 내부 표면이 RAM으로 완전히 덮혀 있어야 한다. 장비를 설치하기 위해 RAM의 섹션을 일시적으로 제거할 수 있지만 테스트를 수행하기 전에 교체해야 한다. RAM은 충분한 손실을 입히기 위해 좋은 전기 도체도 아니고 전기 절연체도 될 수 없다. 두 종류 모두 실제로 전력을 흡수하지 않기 때문이다. 일반적으로 피라미드형 RAM은 탄소와 철의 제어된 혼합물을 주입한 고무 폼 재료로 구성된다. 피라미드 구조물의 베이스에서 끝까지의 길이는 가장 낮은 예상 빈도와 필요한 흡수량에 기초하여 선택된다. 저주파 댐핑의 경우 이 거리는 보통 24인치인 반면 고주파 패널은 3-4인치만큼 짧다. RAM 패널은 일반적으로 EMC 테스트 챔버의 벽면에 팁이 챔버를 향해 설치된다. 피라미드형 RAM은 산란과 흡수라는 두 가지 효과로 신호를 감쇠시킨다. 산란은 반사파가 위상이지만 수신기에서 멀리 향할 때 일관성 없이 발생할 수 있으며, 또는 파동이 수신기에 의해 잡히지만 위상이 벗어나 신호 강도가 더 낮은 곳에서 발생할 수 있다. 이러한 일관성 없는 산란도 폼 구조 내에서 발생하며, 부유 탄소 입자가 파괴적인 간섭을 촉진한다. 내부 산란으로 인해 최대 10dB의 감쇠가 발생할 수 있다. 한편, 피라미드 모양은 파동이 구조물 안에서 내는 바운스의 수를 최대화하는 각도로 절단된다. 바운스가 발생할 때마다 파동은 폼 물질에 에너지를 잃으며, 따라서 신호 강도가 낮아진다.[1] 다른 유형의 RAM은 챔버의 모든 내부 표면에 고정된 평면 타일의 형태로 페라이트 소재의 플랫 플레이트로 구성된다. 이 유형은 피라미드형 RAM보다 유효 주파수 범위가 작고 전도성이 좋은 표면에 고정되도록 설계되었다. 일반적으로 피라미드형 RAM에 비해 장착이 용이하고 내구성이 뛰어나지만 고주파수에서는 효과가 떨어진다. 그러나 시험을 낮은 주파수로 제한한다면 성능이 상당히 적합할 수 있다(페라이트 판은 30–1000 MHz 사이에서 가장 효과적인 댐핑 곡선을 가지고 있다). 피라미드 모양의 페라이트인 혼성형도 있다. 두 기술의 장점을 모두 담고 있어 피라미드가 작은(10cm)에 머물면서 주파수 범위를 극대화할 수 있다.[2]

스텔스 기술에 사용

레이더 흡수 물질은 차량이나 구조를 레이더 탐지로 위장하기 위해 스텔스 기술에 사용된다. 주어진 레이더 주파수에서 물질의 흡광성은 그 성질에 따라 달라진다. RAM은 어떤 주파수에서도 레이더를 완벽하게 흡수할 수 없지만, 주어진 구성은 다른 주파수보다 일부 주파수에서 더 큰 흡광성을 가지고 있다. 모든 레이더 주파수의 흡수에 적합한 RAM은 없다. 일반적인 오해는 램이 레이더에 보이지 않는 물체를 만든다는 것이다. 레이더 흡수 물질은 특정 레이더 주파수에서 물체의 레이더 단면을 현저하게 감소시킬 수 있지만, 어떤 주파수에서도 "불가역성"을 초래하지는 않는다.

역사

스텔스 코팅의 초기 형태는 독일 해군이 제2차 세계대전 중 잠수함의 스노클(혹은 잠망경)을 위해 사용한 코팅인 섬프(Sumpf)와 쇼른슈타인페거(Shornsteinfeger)라는 물질로 연합군이 사용한 20cm 레이더 대역의 반사율을 낮추기 위해 사용했다. 이 물질은 층층이 쌓였고 흑연 입자와 고무 매트릭스에 내장된 다른 반도체 물질에 기초했다. 해수의 작용으로 물질의 효율이 부분적으로 저하되었다.[3][4]

호텐호 229 항공기에 관련 용도가 계획되었다. 합판 시트를 피부에 접합시킨 접착제는 흑연 입자가 스며들어 영국의 레이더에 대한 시야를 줄이기 위한 것이었다.[5][6]

레이더 흡수 물질의 종류(RAM)

철 볼 페인트 흡수기

록히드 F-117 나이트호크는 철제 볼 페인트를 사용한다.

RAM의 가장 흔한 종류 중 하나는 철제 볼 페인트다. 그것은 카보닐 철이나 페라이트 등으로 코팅된 작은 구들을 포함하고 있다. 레이더 전파는 이 페인트의 교류 자기장에서 분자 진동을 유도하여 레이더 에너지를 열로 변환시킨다. 그 후 열은 항공기로 전달되어 소멸된다. 페인트의 철 입자는 철 펜타카르보닐을 분해하여 얻으며 탄소, 산소 및 질소의 흔적을 포함할 수 있다.[citation needed] F-117A 나이트호크와 기타 그러한 스텔스 항공기에 사용되는 한 가지 기법은 2부 에폭시 페인트에 매달린 특정 치수의 전기적으로 격리된 카보닐 철 공을 사용하는 것이다. 이 미세한 구들은 각각 독점적인 과정을 통해 단열재로 이산화규소를 코팅한다. 그런 다음 패널 제작 과정에서 페인트가 여전히 액체인 동안 자기장을 특정 가우스 강도와 특정 거리에 적용하여 액체 페인트 페로플루언서 내의 카보닐 철 볼에 자기장 패턴을 생성한다. 그러면 페인트는 자기장이 입자를 보류 상태로 고정시키는 동안 [강화]를 치료하여 볼들을 자기 패턴에 고정시킨다. 도장 판넬의 반대편에 반대되는 남북의 자기장을 적용하여 카보닐 철 입자가 정렬되도록 하는 실험도 실시되었다(자기장과 3차원 평행하도록 종횡으로 선다). 카보닐 철제 볼 페인트는 공이 고르게 분산되고 전기적으로 절연되며 들어오는 레이더 파형에 점진적으로 더 높은 밀도의 기울기를 나타낼 때 가장 효과적이다.[citation needed] 관련 유형의 RAM은 폴리머 매트릭스에 내장된 페라이트 알갱이나 전도성 탄소 블랙 입자(경화 중량에 의한 결정 흑연의 약 0.30% 함유)가 포함된 네오프렌 폴리머 시트로 구성된다. 타일은 F-117A 나이트호크의 초기 버전에 사용되었지만, 더 최근의 모델들은 도색된 RAM을 사용한다. F-117 도장은 산업용 로봇에 의해 이루어지기 때문에 페인트가 특정 층 두께와 밀도에 일관되게 적용될 수 있다. 비행기는 기체에 '응고'된 기와로 덮여 있고, 남은 틈새에는 쇠구슬 '응고'로 채워져 있다.[citation needed] 미 공군은 강유체와 비자성 물질로 만든 레이더 흡수 페인트를 도입했다. 전자파 반사를 줄임으로써 레이더에 RAM 도장 항공기의 가시성을 줄이는 데 도움이 된다. 이스라엘 기업 나노프라이트도 나노입자를 이용한 레이더 흡수 페인트를 만들었다.[7] 중화민국(대만)의 군대는 현재 대만 스텔스 전함에 사용되는 레이더 흡수 페인트를, 경쟁국인 중화인민공화국의 스텔스 기술 개발에 대응해 개발 중인 대만제 스텔스기 전투기도 성공적으로 개발했다.대중에게 스텔스 전함과 비행기를 모두 전시했으면 한다.[8][9]

폼 흡수기

발포 흡수기는 전자기 방사선 측정을 위한 무반향 챔버의 라이닝으로 사용된다.[citation needed] 이 재료는 일반적으로 0.05% ~ 0.1%(완제품의 중량 기준)의 혼합물에 전도성 탄소 블랙[탄소 철 구형 입자 및/또는 결정 흑연 입자]을 적재한 내화 우레탄 거품으로 구성되며, 관심 파장에 특정한 치수를 갖는 사각 피라미드로 절단된다. 전도성 미립자를 밀도 구배에서 레이어드할 때 추가 개선이 가능하기 때문에 피라미드의 끝부분은 입자 비율이 가장 낮고 밑부분은 입자 밀도가 가장 높다. 이것은 들어오는 레이더 파형에 "부드러운" 임피던스 변화를 나타내며 반사(에코)를 더욱 감소시킨다. 베이스에서 팁까지의 길이와 피라미드 구조물의 베이스의 폭은 광대역 흡수기를 찾을 때 가장 낮은 예상 주파수를 기준으로 선택된다. 군사 애플리케이션의 저주파 댐핑의 경우 이 거리는 종종 24인치인 반면 고주파 패널은 3-4인치만큼 짧다. 고주파 어플리케이션의 예로는 경찰 레이더(속도 측정 레이더 K와 Ka 밴드)가 있으며, 피라미드는 길이가 4개, 2 x 2인 베이스가 2개 정도 될 것이다. 그 피라미드는 1인치 높이의 2 x 2인치 입체 베이스 위에 세워질 것이다. 피라미드의 네 가장자리는 호를 부드럽게 쓸고 있어 피라미드는 약간 "사랑스러운" 모습을 하고 있다. 이 호는 약간의 추가적인 산란을 제공하며 어떤 날카로운 모서리가 일관성 있는 반사를 일으키지 못하게 한다.[citation needed] RAM의 패널들은 피라미드의 끝이 레이더 소스를 향하도록 설치된다. 이 피라미드들은 또한 공기역학적으로 필요한 레이더와 거의 투명한 외피 뒤에 숨겨져 있을 수 있다.[citation needed] 피라미드형 RAM은 산란과 흡수로 신호를 감쇠시킨다. 산란은 반사파가 위상이지만 수신기에서 멀어졌을 때 일관성 없이 발생할 수 있으며, 또는 파동이 다시 수신기로 반사될 수 있지만 위상이 벗어나서 신호 강도가 더 낮은 곳에서 발생할 수 있다. 일관성 있는 반사의 좋은 예는 F-117A 스텔스 항공기의 측면 형태에 있으며, F-117A 스텔스 항공기는 일관성 있는 파동이 원점(일반적으로 검출 소스)에서 멀리 반사되도록 레이더 선원에 각도를 나타낸다. 또한 거품 구조 내에서 일관성 없는 산란이 일어나며, 부유 전도성 입자가 파괴적인 간섭을 촉진한다. 내부 산란으로 인해 최대 10dB의 감쇠가 발생할 수 있다. 한편, 피라미드 모양은 파동이 구조물 안에서 내는 바운스의 수를 최대화하는 각도로 절단된다. 바운스가 발생할 때마다 파동은 폼 물질에 에너지를 잃으며, 따라서 신호 강도가 낮아진다.[10] 다른 폼 흡수기는 다른 층에서 탄소 하중의 증가 구배를 사용하여 평평한 시트에서 사용할 수 있다. 폼 소재 내 흡수는 레이더 에너지가 전도성 입자 내 열로 변환될 때 발생한다. 따라서 높은 레이더 에너지가 관련된 애플리케이션에서는 냉각 팬을 사용하여 발생되는 열을 소진한다.[citation needed]

자우만 흡수기

자우만 흡수기 또는 자우만 층은 레이더 흡수 물질이다.[citation needed] 1943년에 처음 도입되었을 때, 자우만 층은 똑같이 간격을 두고 반사되는 두 개의 표면과 전도성 지상면으로 구성되었다. 원칙이 비슷하기 때문에 일반화된 다층형 솔즈베리 화면이라고 생각할 수 있다. 공명 흡수기(즉, 반사 파동을 취소하기 위해 파동을 방해하는 파동을 사용)인 자우만 층은 첫 번째 반사 표면과 지면 사이의 spacing/4 간격과 두 반사 표면 사이의 spacing/4 간격(총 +/4 + λ/4)에 따라 달라진다. 파장은 두 개의 주파수에서 공명할 수 있기 때문에 자우만 레이어는 파장 띠에 걸쳐 두 개의 흡수 맥시마를 생성한다(두 개의 레이어 구성을 사용하는 경우). 이 흡수제는 모든 층이 서로 평행하고 그들이 숨기는 지면이 있어야 한다. 보다 정교한 Jaumann 흡수제는 전도성 시트를 분리하는 일련의 유전체 표면을 사용한다. 그 시트들의 전도도는 지면과 가까워질수록 증가한다.

분할 링 공진기 흡수기

주요기사 : 분할링 공명기

다양한 테스트 구성의 SRR(Split-Ring 공명기)는 레이더 흡수기로서 매우 효과적인 것으로 나타났다. SRR 기술은 위의 기술과 연계하여 누적 흡수 효과를 제공할 수 있다. SRR 기술은 레이더 소스(F-117A 등)에 대한 직접적인 반사가 없는 완벽하게 평평한 표면을 가진 면모양에 사용할 경우 특히 효과적이다. 이 기술은 각 개별 공명기가 "C" 모양(또는 사각형 등 다른 모양)으로 되어 있는 튜닝된 공명기 배열로 식각된 유전체 배근(씬 회로 보드 재료)에 얇은 구리 호일(약 0.007인치)에 저항층을 만들기 위해 사진 공정을 사용한다. 각 SRR은 전기적으로 절연되며 모든 치수는 특정 레이더 파장에서 흡수를 최적화하도록 세심하게 지정된다. 닫힌 루프 "O"가 아닌 "C"의 개구부는 커패시터 역할을 하는 특정 차원의 간극을 나타낸다. 35GHz에서 "C"의 지름은 5mm에 가깝다. 공명기는 특정 파장에 맞춰 조정할 수 있으며, 그 사이에 특정 두께의 단열 층을 쌓아 레이더 에너지의 광대역 흡수를 제공할 수 있다. 쌓였을 때, 레인지에 있는 소형 SRR(고주파수)이 레이더 선원을 먼저 향하게 된다(레이더 선원에서 멀어질수록 점진적으로 커지는 도넛 스택처럼) 3개 스택이 광대역 감쇠 기능을 제공하는 데 효과적인 것으로 나타났다. SRR 기술은 항응고 코팅이 광학 파장에서[dubious – discuss] 작동하는 것과 같은 방식으로 매우 많이 작용한다. SRR 기술은 이전에 알려진 모든 기술 중에서 가장 효과적인 레이더 감쇄를 제공하며 완전한 투명성(total self, "cloaking")에 한 걸음 더 가까워졌다. 적외선 파장(LIDAR 흡수 물질)뿐만 아니라 시각적 파장에서도 작업이 진전되고 있다.[citation needed]

탄소나노튜브

주요기사 : 탄소나노튜브

레이더는 다벽 나노튜브(MWNT)에 의해 흡수될 수 있는 마이크로파 주파수 범위에서 작동한다. MWNT를 항공기에 적용하면 레이더가 흡수되므로 레이더 단면이 작아 보인다. 그러한 응용 중 하나는 비행기에 나노튜브를 칠하는 것일 수 있다. 최근 미시간 대학에서 항공기에서의 스텔스 기술로서의 탄소 나노튜브의 유용성에 관한 연구가 있었다. 레이더를 흡수하는 특성 외에도 나노튜브는 가시광선을 반사하거나 흩어지지 않고, 훨씬 더 효과적인 것 외에는 현재의 스텔스 항공기를 검게 칠하는 것과 거의 흡사하게 밤에 보이지 않게 하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 현재 제조에 한계가 있다는 것은 나노튜브 코팅 항공기의 현재 생산이 불가능하다는 것을 의미한다. 이러한 현재의 한계를 극복하기 위한 한 가지 이론은 작은 입자를 나노튜브로 덮고 나노튜브로 덮인 입자를 페인트와 같은 매질로 매달아 스텔스 항공기처럼 표면에 적용할 수 있게 하는 것이다.[11]

참고 항목

참조

메모들

  1. ^ E Knott, J Shaeffer, M Tulley, Radar Cross Section. 페이지 528–531. ISBN0-89006-618-3
  2. ^ 내성 테스트를 위해 피라미드형 페라이트 업소버를 사용하는 완전 컴팩트 무향실
  3. ^ Hepcke, Gerhard. "The Radar War, 1930-1945" (PDF). Radar World. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  4. ^ "The History of Radar". BBC. 2003-07-14.
  5. ^ 셰플레브와 안드레이와 오텐스, 휴이브 Ho 229 튜링아의 정신: 호튼 올윙 제트 전투기. London: Classic Publications, 2007. ISBN 1-903223-66-0.
  6. ^ 은밀하니? 스미스소니언 국립항공우주박물관 (2016년 2월 회수)
  7. ^ "New Stealth Nano-Paint Turns Any Aircraft into a Radar-Evading Stealth Plane". 18 March 2019.
  8. ^ "Taiwanese military reportedly develops 'stealth' coating - Taipei Times". 5 July 2011.
  9. ^ "Taiwan to build 'stealth' warship fleet".
  10. ^ E Knott, J Shaeffer, M Tulley, Radar Cross Section. 페이지 528-531. ISBN 0-89006-618-3
  11. ^ 부르작, 캐서린. "나노 페인트가 비행기를 레이더에 보이지 않게 만들 수 있다." 기술 검토. MIT, 2011년 12월 5일.

참고 문헌 목록

외부 링크

  • Silva, M. W. B.; Kretly, L. C. (October 2011). "A new concept of RAM-Radiation Absorbent Material: Applying corrugated surfaces to improve reflectivity". 2011 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC 2011): 556–560. doi:10.1109/IMOC.2011.6169338. ISBN 978-1-4577-1664-5. S2CID 31245210.
  • Kim, Dong-Young; Yoon, Young-Ho; Jo, Kwan-Jun; Jung, Gil-Bong; An, Chong-Chul (2016). "Effects of Sheet Thickness on the Electromagnetic Wave Absorbing Characterization of Li0.375Ni0.375Zn0.25-Ferrite Composite as a Radiation Absorbent Material". Journal of Electromagnetic Engineering and Science. 16 (3): 150–158. doi:10.5515/JKIEES.2016.16.3.150.
  • 레이더 흡수 물질 공급업체