Читайте также:
|
В программе EMCoS VirtualLab была разработана компьютерная модель РПМ на основе ячеек метаматериала, каждая из которых составлена отдельным SRR на одной стороне подложки и рамочным крестообразным элементом на другой стороне. Обе стороны материала можно увидеть на рисунках 12 и 13, соответственно.
Рисунок 12 - Изометрия РПМ. Лицевая сторона.
Рисунок 13 - Двухмерная проекция обратной стороны РПМ.
Отдельный SRR представляет собой кольцо с четырьмя симметричными вырезами по окружности кольца.
Радиопоглощающая поверхность размера 2 на 2 элемента представляет собой периодические медные печатные элементы: кольца с одной стороны и кресты с противоположной, нанесенные на диэлектрик FR4 с диэлектрической проницаемостью εr = 4.3, тангенсом угла потерь tgδ = 2*10-2 и размерами 41,7х41,7х1 мм3.
При моделировании РПМ методом моментов в программе EMCoS VirtualLab особое внимание уделялось выбору сетки базисных элементов, типа поверхности и способа вычислений. Мешированную на равносторонние треугольники модель можно увидеть на рисунке 14. Размер стороны треугольников сетки SRR - 0,5 мм при длине волны 3 см, что обеспечивает точность расчёта, удовлетворяющую требованиям программы EMCoS VirtualLab. Для обеспечения достоверных результатов необходимо, что бы размер стороны треугольников, на которые разбивается модель, не превышал 1/10 от длины волны. При игнорировании этого правила нарушается электродинамическая геометрия модели, появляются более грубые формы из-за чего могут накопиться погрешности. - В качестве металла использовался идеальный проводник. Диэлектрик задавался как двухмерная плоскость с нанесённый слоем «Finite dielectric substrate» толщиной в 1 мм и с сеткой с размером сторон треугольников 5 мм.
Для диэлектрика можно увеличить размер стороны треугольников. Это связано, в первую очередь, с ограничением вычислительных ресурсов компьютера. Во вторых, лист диэлектрика представляет собой однородную структуру без тонких структурных деталей. Вся модель содержит 4533 треугольника.
Рисунок 14 – Меширование модели.
При моделировании в качестве начала координат принимался центр радиопоглощающего материала. Из дальней зоны на лицевую поверхность метаматериала падает плоская электромагнитная волна под нормальным углом. Результат рассеяния отражённой от материала электромагнитной энергии в трёхмерном пространстве можно увидеть на рисунке 15.
Рисунок 15 - Рассеяние плоской ЭМВ из дальней зоны на РПМ.
Как видно на риунке 16, наиболее эффективное поглощение достигается при частоте 9,5 ГГц
Рисунок 16 - Зависимость напряженности рассеянного электрического поля от частоты.
Умение РПМ поглощать электромагнитную энергию под разными углами является одной из значительных характеристик. Неспособность поглотить электроэнергию под углом отличном от нормального значительно повышает риски обнаружения объекта/утечки информации.
Поверхность материала облучается плоской ЭМВ линейной поляризации из дальней зоны под произвольным углом к РПМ с шагом 5 градусов. Как видно на рисунке 3, РПМ способен поглощать ЭМВ падающие не только нормально к поверхности, но и под углом до 80 градусов (Рисунок 17).
Рисунок 17 - Зависимость уровня обратного рассеяния от угла падения на частоте 9,5 ГГц.
Важной характеристикой радиопоглощающих материалов является коэффициент поглощения, нахождение которого осуществляется по формуле 7.
, (7)
где R и T коэффициенты отражения и поглощения соответственно, и находятся по формулам 8 и 9.
(8)
(9)
где – напряжённость амплитуды падающей волны, 
напряжённость амплитуды отражённой волны, 
- напряжённость амплитуды прошедшей волны.
В качестве основы была взята модель размером 4 на 4 элемента. Первым этапом была задача нахождения резонансной частоты, чтобы убедиться, что не происходит сдвиг последней из-за добавления новых периодических SRR элементов. Результаты можно увидеть в таблице 3. Как и в случае с размерностью 2 на 2 элемента, резонансная частота равняется 9,5 ГГц.
Вторым шагом работы являлось вычисление коэффициентов отражения и прохождения на частоте 9,5 ГГц при напряжённости амплитуды падающей волны Uпад= 1В(12).
(10)
(11)
(12)
При сравнении коэффициентов отражения и поглощения видно, что напряжённость амплитуды прошедшей волны в два раза ниже амплитуды отражённой волны и в 685 раз ниже напряжённости амплитуды падающей волны, что подчёркивает его свойства как свойства экранирующего материала.
Было проведено сравнение зарубежного радиопоглощающего материала[15] с полученным в данной работе по зависимости напряжённости расянной электромагнитной волны от частоты. Как можно видеть на рисунке 18, амплитуда рассеянной электромагнитной волны уменьшилась в 10 раз, а ширина полосы пропускания заметно улучшилась.
Рисунок 18 – Сравнение материалов.
Рисунок 19 - Векторное распределение токов на частоте 9.5 ГГц.
Рисунок 20 - Поверхностное распределение токов на частоте 9,5 ГГц.
2.3 Изготовление РПМ методом фотолитографии
Изготовленный метаматериал является печатной платой с особой геометрией дорожек. Печатные платы изготавливаются различными по сложности способами.
Для изготовления качественного макета платы сначала необходимо смоделировать шаблон на компьютере с помощью специализированного программного обеспечения. Самая распространенная, специализированная программа для изготовления печатных плат - layout, широкое использование получила пятая версия программы. Ничего сложного в рисовании дорожек нет. Рисуются дорожки в том виде, как они будут отражены на плате, при распечатывании изображения программа создает зеркальное отображение дорожек. С помощью программы можно изготовить не только рисунок дорожек, но и макет надписей деталей с обратной стороны платы.
Следующим этапом необходимо очистить и обезжирить плату, можно заранее вырезать плату по размерам. От качества проделывания данной процедуры во многом зависит качество перенесенного отображения дорожек. Очищается плата очень мелкой наждачной бумагой №1500...2500. Обезжиривается спиртом, ацетоном или другим средством, затем промывается под проточной водой. После процедуры обезжиривания трогать поверхность заготовки нельзя.
Нарисованное изображение необходимо вывести на печать, предварительно настроив принтер на самое четкое изображение и отключив экономию тонера. Распечатывать изображение необходимо на глянцевой бумаге. Когда все подготовлено, распечатываем изображение.
Изображение обрезается с запасом на 10...15 мм от размера платы. Картинка к плате прикладывается и фиксируется с загнутыми краями, при помощи скотча с обратной стороны. Далее отрезается от рулона фоторезиста подходящий по размеру кусок. Фоторезист в рулоне состоит из трех слоев. Тонкая глянцевая лавсановая пленка, сам фоторезист, и слегка матовая полиэтиленовая пленка. Полиэтилен тянется, лавсан - нет. Нужно удалить полиэтиленовую защитную пленку и наложить фоторезист на плату. Затем, зажав пленку с платой между слоями бумаги, как в конверте, отправляем в ламинатор.
Далее экспонирование. Фотошаблон прижимаем оргстеклом и освещаем ультрафиолетовой лампой. Необходимо надёжно зафиксировать лампу, чтобы расстояние всегда было стабильным, тогда и результат будет стабильным. Время экспозиции составляет 20-40. Для плат большого размера необходима равномерная засветка, в таком случае придется изменять расстояние или делать специальное приспособление. В приспособлении на фото, платы 100*80 получаются без проблем. После этого необходимо подержать плату в тёмном месте в течении 5-10 минут. Если этого не делать то, то на этапе проявления в кальцинированной соде не которые участки с тонкими дорожками могут "отскочить".
Далее нужно проявить фоторезист. Проявляем в 5% растворе кальцинированной соды. Проявочный раствор желательно готовить на дистиллированной воде. В растворе незасвеченный фоторезист набухает и растворяется. Процессу можно помогать покачиванием кюветы или легким протиранием кисточкой. С кисточкой нужно быть осторожным, чтобы не содрать тонкие проводники. Время проявки ограничено, если дать плате в растворе лежать долго, то начнут отслаиваться засвеченные участки. Верный признак правильно подобранной выдержки экспозиции - это глянцевая поверхность засвеченных участков при нормальном растворении незасвеченных. Если засвеченные участки при проявке становятся матовыми, становятся как кожура апельсина - значит нужно увеличить время засветки.
Далее плату необходимо вытравить. Травление печатных плат хлорным железом является наиболее распространенным способом травления печатных плат в домашних условиях. Приобрести можно в магазине бытовой химии.
Приготавливается раствор хлорного железа очень просто - одна часть хлорного железа на три части воды (хлорное железо в воду, не наоборот), все это тщательно перемешать. Время травления сильно зависит от температуры воды и загрязнения раствора медью и составляет 5...50 мин. При нанесении дорожек с помощью лазерного принтера не рекомендуется поднимать температуру выше 50 гр.цельс.
После травления плату необходимо промыть под проточной водой и смыть тонер с помощью бензина, спирта или ацетона. После этого сверлятся отверстия нужного диаметра. И в завершении дорожки необходимо залудить, проще всего это делается паяльником. В процессе лужения не стоит жалеть канифоли или флюсов. Все это и не только можно посмотреть на видео, в теме изготовление печатной платы в домашних условиях.
На выходе получился готовая экспериментальная модель радиопоглощающей поверхности на основе метаматериала, структуру которого можно увидеть на рисунках 21 и 22.
Рисунок 21 – Лицевая сторона материала.
Рисунок 22 – Обратная сторона материала.
3. Изучение электрических характеристик эластичных проводников
Как было уже сказано выше, резонансная частота РПМ на основе метаматериала строго зависит от геометрических размеров кольцевых щелевых резонаторов. Стандартные проводники, которыми являются металлы, не обладают эластичностью на растягивание, из-за чего не представляется возможным создания радиопоглощающего материала с подстройкой резонансной частоты.
Решением проблемы узкополосности такого РПМ может являться применение растягивающихся материалов. Примером такого материала являются проводники из углеродных нанотрубок SWNT (single wall carbon nanotubes), ионной жидкости и эластичного субстанции, по внешнему виду напоминающей черную резину, полимер можно растягивать на 134% от первоначальной формы, а перфорированные листы - в 2.34 раза без ухудшения электропроводности (рисунок 23) [19].
Рисунок 23 – Эластичный полимер.
3.1 Углеродные нанотрубки
Углеродная нанотрубка (УНТ) – это цилиндр, полученный при свёртывании плоской гексагональной сетки без швов. Пример углеродной нанотрубки можно увидеть на рисунке 24.
Рисунок 24 - Схематическое изображение углеродной нанотрубки.
Ответ уникальности свойств УНТ кроется в особенностях электронной и атомной структур этих соединений. Если в «классических» плоских ароматических структурах σ - и π-связи геометрически являются ортогональными, то в фуллеренах (фуллерен – молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординатных атомов углерода) и нанотрубах, за счет ненулевой кривизны поверхностей - нет. Эта неортогональность и определяет практически все многообразие и отличие их свойств [20].
Рисунок 25 - Фуллерен С60.
σ-связь (сигма-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием электронных облаков «по осевой линии». Характеризуется осевой симметрией. Связь, образующаяся при перекрывании гибридных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атома.
π-связь (пи-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием p-атомных орбиталей. В отличие от сигма-связи, осуществляемой перекрыванием s-атомных орбиталей вдоль линии соединения атомов, пи-связи, возникают при перекрывании p-атомных орбиталей по обе стороны от линии соединения атомов. Считается, что пи-связь реализуется в кратных связях — двойная связь состоит из одной сигма- и одной пи-связи, тройная — из одной сигма- и двух ортогональных пи-связей [21].
УНТ обладают выдающимися механическими характеристиками. Нанотрубки в 50-100 раз прочнее стали при плотности в шесть раз меньшей. Нанотрубки не только прочные, но и гибкие, и напоминают по своему поведению не ломкие соломинки, а жесткие резиновые трубки. Под действием механических напряжений, превышающих критические, нанотрубки не рвутся, не ломаются, а просто перестраиваются.
Вопросы устойчивости материала к сжатию были рассмотрены в исследовании, проведенном учеными Политехнического Института Ренслеера (Rensselaer Polytechnic Institute) [22]. В качестве исследуемого образца был выбран кусок матрицы соединенных вместе углеродных многослойных нанотрубок площадью 2 мм2. Ученые подвергли его сжатию на 25% от первоначальной высоты, после чего повторили эту операцию 500 раз.
В течение всего цикла были проведены измерения механических свойств нанотрубок. Как оказалось, механические свойства кусочка не изменились. Также остались неизменными и электропроводные свойства нанотрубок.
В итоге, учеными было установлено, что массив связанных нанотрубок имеет ярко выраженные высокоэластические свойства, в то время, как одна нанотрубка такими свойствами не обладает.
Эти свойства нанотрубок можно использовать для создания гибких материалов, обладающих высокой износоустойчивостью при создании эластичных радиопоглощающих материалов.
В зависимости от конкретной схемы сворачивания графитовой плоскости, нанотрубки могут быть как проводниками (если шов расположен вдоль нанотрубки) так и полупроводниками (если шов навит наискосок).
Рисунок 26 -Шов наискосок и вдоль нанотрубки, соответственно.
Ещё одним уникальным свойством нанотрубок является квантование электрического сопротивления.
Классическое сопротивление R зависит от размеров и состава материала резистора и находится по формуле 13:
, (13)
где L – длина, S – площадь поперечного сечения, 
– удельное сопротивление материала резистора.
Сопротивление объектов квантового мира, таких как углеродные нанотрубки, не зависит ни от длины, ни от материала, из которого они сделаны, а определяются лишь двумя фундаментальными физическими константами (e и h) формулой 14 [23]:
, (14)
где e – заряд электрона (1,6*10-19 Кл), h – постоянная Планка (6,6*10-34 Дж*с). Таким образом, квант электрического сопротивления неизменен и является одинаковым для всех резисторов квантового мира.
Несмотря на наличие в квантовом проводнике сопротивления, джоулево тепло не выделяется при прохождении тока. Такая проводимость называется баллистической. Выпущенные электроны не взаимодействуют со стенками нанотрубки. Потеря энергии происходит только в местах контакта. Этот феномен объясняется корпускулярно-волновым дуализмом. Корпускулярно-волновой дуализм – принцип, согласно которому любой объект может проявлять и волновые и корпускулярные свойства. Длина волны объекта называется волной де Бройля и определяется по формуле 15
, (15)
где h – постоянная Планка (6,6*10-34 Дж*с), p – импульс объекта. При прохождении по нанопроводнику диаметром несколько нанометров, электрон проявляет волновые свойства и проходит по углеродной нанотрубке так же как свет проходит по световоду. Тем самым рассеивание джоулева тепла происходит лишь на месте соединения объектов квантового мира с объектами классической физики. Поэтому плотность тока в проводнике достигает колоссального значения – 107 А/см2. Классический проводник при таких значениях мгновенно бы испарился.
Углеродные нанотрубки можно получить лазерным испарением, углеродной дугой и химическим осаждением паров[24].
1. Лазерное испарение. Кварцевая труба, содержащая газообразный аргон и мишень из графита, нагревается до 1200°С. Внутри трубки, но за пределами печи находится охлаждаемый водой медный коллектор.
Рисунок 27 - Установка для получение нанотрубок лазерным методом.
Графитовая мишень содержит небольшие количества кобальта и никеля, выступающие в качестве каталитических зародышей образования нанотрубок. При попадании высокоинтенсивного лазерного облучения (Nd лазер, длина волны 532 нм, энергия импульса 250 мДж, длительность 10 нс) на мишень графит испаряется. Поток аргона выносит атомы углерода из высокотемпературной зоны к охлаждаемому медному коллектору, на котором и происходит образование нанотрубок. Таким методом можно получить трубки диаметром 10 – 20 нм и длиной 100 микрон. Недостаток этого метода – малая производительность. Усовершенствованная методика позволяет получать до 10 г материала с содержанием до 50%многостенных нанотрубок.
2. Наиболее распространенный способ получения нанотрубок – электродуговое испарение графитовых электродов. Чтобы обеспечить стабильность дуги, зазор между электродами поддерживается перемещением одного или сразу двух электродов. Для получения многослойных нанотрубок проводится испарение при 450 мм рт. ст. Не. К электродам из.углерода диаметром 5 – 20 мм, разнесенным на расстояние около 1 мм, в потоке гелия прикладывается напряжение 20 – 25 В. Атомы углерода вылетают из положи тельного электрода и образуют нанотрубки на отрицательном, при этом дли на положительного электрода уменьшается. Для получения однослойных нанотрубок в центральную область положительного электрода добавляют небольшие количества кобальта, никеля или железа в качестве катализаторов. Если не использовать катализаторы, получаются вложенные или многослойные нанотрубки, то есть нанотрубка внутри нано трубки. Дуговым методом можно получить однослойные нанотрубки диаметром 1 – 5 нм и длиной порядка 1 мкм.
3. Метод химического осаждения из паровой фазы заключается в разложении газообразного углеводорода, на пример, метана (СН4), при температуре 1100°С. При разложении газа образуются свободные атомы углерода, конденсирующиеся затем на более холодной подложке, которая может содержать разнообразные катализаторы, такие как железо. Этот процесс позволяет получать продукт непрерывно и, возможно, является наиболее предпочтительным для увеличения масштабов при промышленном производстве.
Отличие методов получения нанотрубок одностенных и многогстенных в том, что для первых требуется металлический катализатор. Механизм роста нанотрубок до сих пор неясен. Так как для роста однослойных трубок необходим металличе ский катализатор, механизм должен объяснять роль атомов кобальта или никеля. Одно из предложений, называемое «механизмом скутера», состоит в том, что атомы металлического катализатора присоединяются к оборванным связям на открытом конце трубки и обегая ее по краю, способствуют захвату атомов углерода из паровой фазы и их встраиванию в стенку трубки.
Для получения одностенных углеродных нанотрубок лазерным испарением в графит добавляют металлические катализаторы: Co и Ni, Co и Pt, Ni и Pt, Cu и Pt. Для получения одностенных углеродных трубок электродуговым методом - анод содержит смесь одного и более порошков металла (Ni, Co, Fe, Mn, Cu, Zn, Cd, Y, Pt, Pd, Ru, Ag, Li, B, Al, In, Si и др.) При пиролизе углеводородов, чаще всего ацетилена и этилена, над металлическими катализаторами Ni, Co, Fe, нанесённых на Al2 O3 или SiO 2 при температуре 500–800 C также образуются одностенные нанотрубки.
К сожалению, ни один из известных способов синтеза нанотрубок не позволяет получить их в чистом виде. Обычно при синтезе получается смесь нанотрубок разных типов с различным характером и величиной электропроводности. Поэтому стадии выделения и очистки наиболее трудоемкие при получении чистых углеродных нанотрубок.
Группа из IBM разработала метод отделения полупроводящих нанотрубок от металлических. Для разделения смешанные пучки нанотрубок осаждают на кремниевую подложку, а затем на эти пучки напыляют металлические электроды. Используя подложку как электрод, на него подают небольшое напряжение смещения, запирающее полупроводни ковые трубки и эффективно превращающее их в изоляторы. Затем между метал лическими электродами прикладывается высокое напряжение, создающее боль шой ток в металлических нанотрубках, что приводит к их испарению, после чего на подложке остаются только полупроводниковые нанотрубки.
Основные примеси углеродных нанотрубок – фуллерены, углеродные частицы и металлический катализатор. Фуллерены отделяют ароматическими углеводородами. Для удаления частиц катализатора одностенные нанотрубки обрабатывают разбавленными кислотами (HSO4, HNO3, HCl) и отмывают от образовавшихся солей. Лучшему удалению металлов способствует предварительная гидротермальная обработка.
Для удаления углеродных частиц графита и аморфного углерода нанотрубки окисляют. Скорость окисления углеродных частиц превышает таковую для нанотрубок, что позволяет очистить последние от углеродных примесей. При таком методе теряется некоторое количество нанотрубок. Окисление образцов проводят при повышенных температурах в газовой фазе на воздухе или кислородом. Возможно окисление в жидкой фазе: в концентрированной HNO 3, смесях H2 SO4 и NH3 или H2 O2 и других окислителях. Окисление удаляет аморфный углерод и мелкие графитовые частицы. При этом появляются открытые концы нанотрубок и появляются дефекты их стенок. Также возможно отделение углеродных частиц от нанотрубок селективным взаимодействием последних с растворами органических полимеров, образующие стабильные суспензии с одностенными и многостенными нанотрубками. Частицы аморфного углерода выпадают в осадок. Обволакивающие нанотрубки полимерные молекулы можно легко отделить с помощью замены растворителя или мягким окислением. Очистку одностенных углеродных нанотрубок можно провести микрофильтрацией. Процесс очистки включает образование суспензии углеродных сферических частиц, наночастиц металлических катализаторов, наночастиц аморфного углерода и одностенных углеродных нанотрубок, в водном растворе катионнобменных поверхностноактивных веществ с последующем удерживанием углеродных нанотрубок на мембранном фильтре. В этом случаи не требуется окислительной обработки исходного материала с нанотрубками. По данным спектроскопии комбинационного рассеяния получаются одностенные углеродные нанотрубки с чистотой более 90 весовых %. При очистки углеродных нанотрубок эксклюзионной колоночной хроматографией в качестве неподвижной фазы используют полиакрилат калия. После набухания полиакрилата при вакуумном фильтровании в порах задерживаются более крупные частицы углерода и катализатора, тогда как углеродные нанотрубки проходят. Задержанный углерод окисляют азотной кислотой с образованием карбоксиамидов в водной среде. Широкие перспективы открывает использование модифицированных нанотрубок, то есть, не самих нанотрубок в чистом виде, а соединений или композиций с другими веществами на основе нанотрубок.
3.2 Жидкие провода
Более классическим способом может являться использование эластичных проводников из сплава жидких проводников заключённых в растягивающуюся обкладку (рисунок 28).
В Университете Северной Каролины (США) разработаны электрические провода, которые можно растянуть, увеличив их длину в восемь (!) раз при полном сохранении функциональности.
Для создания «растягивающихся» проводов учёным понадобились тонкие трубочки из сверхэластичного полимера, которые затем были заполнены жидким металлическим сплавом галлия и индия (эвтектический расплав), который является хорошим электрическим проводником. В качестве материала для эластичной изоляционной обкладки был выбран трёхблочный сополимер SEBS.
Рисунок 28 - Жидкий провод в разрезе.
В случае более традиционного подхода к созданию эластичных проводов, основанного на встраивании металла в полимерную матрицу, значительное повышение содержания металла хотя и улучшает проводимость композита, но отрицательно сказывается на его эластичности. Иначе говоря, либо высокая проводимость, либо эластичность, что делает всю затею бессмысленной. В данном исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Advanced Functional Materials, использование сплава индия-галлия позволяет довести содержание проводника до 100% и при этом сохранить невероятную эластичность.
Недостатками таких эластичных проводов являются высокая цена сплава индия и галия и проблема вытекания металла при механическом повреждении обкладки [25].
4. Оптимизация модели под радиопоглощающий материал с динамическими размерами
Следующим этапом нашей работы является зависимость изменения размеров всего РПМ. (размер RSS ячейки и размер диэлектрика). Взятая за основу базовая модель ЧСП с размерами диэлектрика 41,7х41,7х1 мм3 и RSS с ячейкой размера 8,33x8,33x1 мм3 размеры которой, кроме толщины диэлектрика, были увеличены относительно первоначальных значений на 20% и 40%, а количество треугольников компьютерной модели изменилось на 1727 и 3521 единиц соответственно.
Для оптимизации рабочего процесса, была создана переменная «а». А геометрические размеры фигур и их координаты являются функциями, зависимыми от «a». Таким образом, нет необходимости каждый раз заново перестраивать плоскость материала под новый размер (рисунок 29).
Рисунок 29 – Окно переменных.
На рисунке 30 видно, что изменение размеров приводит к сдвигу резонансной частоты. При увеличении размера РПМ на 20% и 40% резонансная частота сдвигается на частоту 7,75 ГГц и 6,5 ГГц соответственно.
При этом, в случае изменения электродинамических характеристик при растяжении материала, не приведёт к существенному изменению свойств поглощения. В этом мы можем убедиться в таблице 4, где сравнивались уровни обратного рассеяния материала из медных кольцевых щелевых резонаторов и изготовленных из идеального проводника.
Рисунок 30 - Зависимость напряженности рассеянного электрического поля от РПМ от частоты при разных размерах РПМ.
5. Разработка рекомендаций по применению РПМ
5.1 Применение РПМ в ИБ
В работе необходимо провести обоснование выбора разработанного материала для обеспечении информационной безопасности выделенного помещения.
Под выделенным помещением (ВП) понимается служебное помещение, в котором ведутся разговоры (переговоры) конфиденциального характера. Здесь речь идет о служебных помещениях, в которых отсутствуют какие-либо технические средства обработки (передачи) конфиденциальной информации. К таким помещениям относятся, прежде всего, комнаты для переговоров на фирмах, где ведутся деловые переговоры, содержащие конфиденциальную информацию.
Следует отметить, что переговорные комнаты используются все чаще и на сегодня они являются практически неотъемлемым атрибутом серьезной фирмы. Поэтому будет небезынтересно рассмотреть вопросы обеспечения безопасности информации в выделенных помещениях, имея в виду, прежде всего, комнаты для ведения переговоров.
Прежде всего, следует помнить, что под термином «защита информации» понимают деятельность, направленную на предотвращение утечки защищаемой информации, несанкционированных и непреднамеренных воздействий на защищаемую информацию. Причём зашита должна быть комплексной и включать в себя [26]:
· правовую защиту информации;
· техническая защита информации (ТЗИ);
· криптографическая защита информации с помощью ее криптографического преобразования;
· физическая защита информации.
Под правовой защитой понимается защита информации правовыми методами, включающая в себя разработку законодательных и нормативных правовых документов (актов), регулирующих отношения субъектов по защите информации, применение этих документов (актов), а также надзор и контроль за их исполнением.
ТЗИ заключается в обеспечении некриптографическими методами безопасности информации (данных), подлежащей (подлежащих) защите в соответствии с действующим законодательством, с применением технических, программных и программно-технических средств.
Физическая защита информации включает в себя применение организационных мероприятий и совокупности средств, создающих препятствия для проникновения или доступа неуполномоченных физических лиц к объекту защиты и допущения утечки информации. Различают несколько видов каналов утечки информации:
электромагнитный;
электрический;
акустический;
виброакустический;
визуальный;
информационный.
Важно понимать, что радиопоглощающий материал не сможет обеспечить информационную безопасность помещения без других компонентов защиты информации, более того, даже при отсутствии всего одного из приведённых компонентов, может произойти утечка информации.
Радиопоглощающие материалы позволяют обеспечить техническую защиту информации, уменьшая риски утечки информации по электромагнитному каналу от:
· побочных электромагнитных излучений и наводки (ПЭМИН);
· подслушивающих GSM устройств;
· скрытых Wi-Fi устройств видеонаблюдения.
5.2 Побочные электромагнитные излучения и наводки
Термин ПЭМИН появился в конце 60-х – начале 70-х годов при разработке методов предотвращения утечки информации через различного рода демаскирующие и побочные излучения электронного оборудования.
Особенно бурное развитие ПЭМИН-технологии получили в конце 80-х, начале 90-х годов. Это связано как с осознанием широкой общественностью опасности ПЭМИН угроз, так и с широким развитием криптографии. Применение при передаче информации стойких алгоритмов шифрования зачастую не оставляет шансов дешифровать перехваченное сообщение. В этих условиях ПЭМИН-атака может быть единственным способом получения хотя бы части информации до того, как она будет зашифрована.
При анализе излучений шифровальных машин было замечено, что наряду с основным сигналом присутствует и другой очень слабый сигнал. Шифровальная машина, как и любая другая электрическая машина, имеет побочное электромагнитное излучение, которое модулируется информационным сигналом еще до момента его кодирования. Таким образом, путем перехвата и анализа побочных излучений шифровальной машины, не имея ключа для расшифровки кодированных сообщений, представляется возможным получать необходимую информацию.
Процесс перехвата конфиденциальной информации путем приема паразитного излучения композитного сигнала монитора вполне реален, но процесс этот достаточно длителен – нужно дождаться, пока пользователь выведет на экран монитора интересующую конфиденциальную информацию. Такой процесс может занимать дни и недели. Встала задача заставить компьютер передавать нужную информацию и не ждать, пока пользователь сам обратится к конфиденциальным документам, которая может быть решена следующим образом: нужный компьютер «заражается» специальной программой-закладкой («троянский конь») любым из известных способов (по технологии вирусов: через компакт-диск с презентацией, интересной программой или игрушкой, дискету с драйверами, а если ПК в локальной сети – то и через сеть). Программа ищет необходимую информацию на диске и путем обращения к различным устройствам компьютера вызывает появление побочных излучений. Например, программа-закладка может встраивать сообщение в композитный сигнал монитора, при этом пользователь, играя в любимый Солитер, даже не подозревает, что в изображение игральных карт вставлены конфиденциальные текстовые сообщения или изображения. С помощью разведывательного приемника (в простейшем варианте доработанный телевизор) обеспечивается перехват паразитного излучения монитора и выделение требуемого полезного сигнала.
Особенностью технологии является использование для передачи данных канала ПЭМИН, что значительно затрудняет обнаружение самого факта несанкционированной передачи по сравнению с традиционной компьютерной стеганографией. Действительно, если для предотвращения несанкционированной передачи данных по локальной сети или сети Интернет существуют аппаратные и программные средства (FireWall, Proxy server и т.п.), то средств для обнаружения скрытой передачи данных по ПЭМИН нет, а обнаружить такое излучение в общем широкополосном спектре (более 1000 МГц) паразитных излучений ПК без знания параметров полезного сигнала весьма проблематично.
Любое излучение, даже не содержащее информации, обрабатываемой в компьютере, может быть информативным в плане разведки. При недостаточной жесткости корпуса компьютера любое излучение может модулироваться речевой информацией. Получается, что если не предпринять специальных мер, то, устанавливая на рабочем месте компьютер, Вы своими руками устанавливаете подслушивающее устройство.
Даже если излучение каких либо элементов действительно не несет никакой информации, это излучение индивидуально для каждого компьютера. По индивидуальным признакам можно отследить перемещение компьютера, определить временной режим работы данного компьютера.
Работающий компьютер излучает на всех частотах. Однако у многих вызывает сомнение тот факт, что, перехватив излучение, можно получить какую-либо полезную информацию. Содержание документов, с которыми работают ваши сотрудники, становится легко доступным, если заинтересованному лицу доступно изображение экрана монитора. Огромный интерес представляют также документы, которые распечатываются на принтере.
Больше всего информации, естественно, сейчас содержится в базах данных и других файлах, хранящихся на жестких дисках серверов. Для доступа к ним необходим физический доступ к локальной сети. Но этого мало. Самое ценное, о чем мечтает шпион в этом случае, - это знать пароли ваших пользователей и особенно пароль администратора локальной сети.
Компьютер может излучать в эфир и не только ту информацию, которую он обрабатывает. Если при сборке компьютера не принято специальных мер, то он может служить также и источником утечки речевой информации. Это так называемый «микрофонный эффект». Им может обладать даже корпус компьютера. Под воздействием акустических колебаний корпус несколько изменяет свой объем, меняются размеры щелей и других элементов, через которые осуществляется излучение. Соответственно излучение получается модулированным и все, что вы говорите возле компьютера, может быть прослушано с помощью приемника. Если же к компьютеру подключены колонки, то шпион вообще может хорошо сэкономить на установке в ваших помещениях «жучков».
Нежелательные излучения подразделяются на побочные электромагнитные излучения (ПЭМИ), внеполосные и шумовые. И те и другие представляют опасность. Особенно опасны ПЭМИ. Они то и являются источниками образования электромагнитных каналов утечки информации.
Известно, что характер электромагнитного поля изменяется в зависимости от дальности его приема. Это расстояние делится на две зоны: ближнюю и дальнюю. Для ближней зоны расстояние значительно меньше длины волны и поле имеет ярко выраженный магнитный характер, а для дальней поле носит явный электромагнитный характер и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами.
С учетом этого можно считать возможным образование канала утечки в ближней зоне за счет магнитной составляющей, а в дальней – за счет электромагнитного излучения. В результате перекрестного влияния электромагнитных полей одно- или разнородного радио- и электротехнического оборудования в энергетическом помещении создается помехонесущее поле, обладающее магнитной и электрической напряженностью. Значение (величина) и фазовая направленность этой напряженности определяется числом и интенсивностью источников электромагнитных полей; размерами помещения, в котором размещается оборудование; материалами, из которых изготовлены элементы оборудования и помещения. Очевидно, чем ближе расположено оборудование относительно друг друга, чем меньше размеры помещения, тем больше напряженность электромагнитного поля.
В отношении энергетического помещения необходимо рассматривать две области распространения поля:
· внутри энергетического помещения (ближнее поле);
· за пределами помещения (дальнее поле).
Ближнее поле определяет электромагнитную обстановку в энергетическом помещении, а дальнее электромагнитное поле – распространение, дальность действия которого определяется диапазоном радиоволн. Ближнее поле воздействует путем наведения электромагнитных полей в линиях электропитания, связи и других кабельных магистралях. Суммарное электромагнитное поле имеет свою структуру, величину, фазовые углы напряженности, зоны максимальной интенсивности. Эти характеристики присущи как ближнему, так и дальнему полю.
В настоящее время напряженность внешних электромагнитных полей определяется с большой точностью: разработаны как аналитические, так и инструментальные методы. А вот напряженность суммарного поля, определяющая электромагнитную обстановку в энергетическом помещении, рассчитывается не достаточно строго. Нет пока четких методик расчета и методов инструментального измерения.
Рациональное размещение аппаратуры и технических средств в энергетическом помещении может существенно повлиять как на результирующую напряженность электромагнитного поля внутри помещения, так и на результирующее электромагнитное поле за его пределами. Рациональное размещение предполагает перестановку отдельных элементов оборудования помещений или отдельных групп аппаратов и технических средств с тем, чтобы новое расположение приводило к взаимокомпенсации напряженности электромагнитных полей опасных сигналов в заданных зонах. Рациональное размещение аппаратуры в отдельных случаях может оказаться определяющим.
Для реализации мероприятий по рациональному размещению аппаратуры и иного оборудования энергетических помещений с точки зрения ослабления ПЭМИН необходимо:
· иметь методику расчета электромагнитных полей группы источников опасных сигналов;
· иметь методы формализации и алгоритмы решения оптимизационных задач размещения аппаратуры.
Защита информации от ее утечки за счет электромагнитных излучений прежде всего включает в себя мероприятия по воспрещению возможности выхода этих сигналов за пределы зоны и мероприятия по уменьшению их доступности. Следует отметить степень опасности электромагнитных излучений при реализации мероприятий по защите информации. Так как это электромагнитные волны, то особенности их распространения в пространстве по направлению и по дальности определяются диапазоном частот (длин волн) и мощностью излучения. Дальность и направленность излучения определяются физической природой распространения соответствующего вида электромагнитных волн и пространственного расположения источника опасного сигнала и средств его приема.
Учитывая особенности распространения электромагнитных колебаний, определяющихся прежде всего мощностью излучения, особенностями распространения и величинами поглощения энергии в среде распространения, правомерно ставить вопрос об установлении их предельно допустимых интенсивностей (мощностей), потенциально возможных для приема средствами злоумышленников. Эти допустимые значения интенсивностей принято называть нормами или допустимыми значениями [27].
5.3 Подслушивающие GSM устройства
GSM (Groupe Spécial Mobile) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.
GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).
Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.
GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82% мирового рынка мобильной связи, 29% населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.
Преимущества стандарта GSM:
· меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS-800) размеры и вес телефонных устройств при большем времени работы без подзарядки аккумулятора;
· хорошее качество связи при достаточной плотности размещения базовых станций;
· большая ёмкость сети, возможность большого числа одновременных соединений;
· низкий уровень индустриальных помех в данных частотных диапазонах;
· улучшенная (по сравнению с аналоговыми системами) защита от подслушивания и нелегального использования, что достигается путём применения алгоритмов шифрования с разделяемым ключом;
· эффективное кодирование (сжатие) речи. EFR-технология была разработана фирмой Nokia и впоследствии стала промышленным стандартом кодирования/декодирования для технологии GSM;
· широкое распространение, особенно в Европе, большой выбор оборудования.
Недостатки стандарта GSM:
· искажение речи при цифровой обработке и передаче;
· связь возможна на расстоянии не более 120 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн.
Учитывая все преимущества и недостатки стандарта GSM, был разработан компактный, потребляющий относительно малое количество энергии прибор, позволяющий вести скрытое подслушивание, GSM жучок Nero Apple (рисунок 31).
Рисунок 31 – GSM жучок Nero Apple.
Чувствительный микрофон GSM жучка Nero Apple позволяет использовать его для прослушки прямо из портфеля, сумки, бардачка автомобиля и прочих скрытых мест. Маленький размер GSM жучка позволяет спрятать его как в деталях интерьера помещения, так и в деталях одежды или аксессуаров, что сильно затрудняет визуальное обнаружение жучка [28]. В таблице 5 приведены характеристики оборудования.
Таблица 5 – Характеристики.
| Рабочая частота | 900/1800/1900 МГц |
| Размеры | 30*20*10 мм |
| Время работы GSM жучка при полностью заряженном аккумуляторе | |
| В режиме прослушки | 1-3 часа |
| В режиме ожидания | 3-5 дней |
| В режиме голосовой активации | 3-5 дней |
Помимо устройств, нацеленных на достижение миниатюризации, так же присутствует линейка более дорогих GSM жучков с увеличенным временем работы, повышенной чувствительностью, и оборудованные дополнительными датчиками(Рисунок 32).
Рисунок 32 – GSM сигнализация.
Устройство представляет собой «GSM-жучок» спрятанное в помещении, которое в дальнейшем планируется прослушиваться, Прослушивание помещения осуществляется в любое время суток, при помощи мобильного телефона. Для осуществления данной операции требуется набрать номер с мобильного устройства. Само устройство «GSM-жучок» без всякой индикации (миганий, гудков и т.д.), активирует встроенный микрофон и начнет аудиотрансляцию. Чувствительный встроенный микрофон позволяет отлично слышать все, что происходит в помещении. Можно прослушивать помещение, несмотря на то, в какой точке города, или в какой стране находится «слушатель». Единственное условие - работала телефонная связь. Единственное ограничение на время прослушивания – 2 минуты. То есть, устройство дает прослушать помещение (автомобиль) в течение 2 минут, для дальнейшего прослушивания нужно отправить смс-команду, после чего GSM-жучок опять звонит на запрограммированный номер и дает прослушать помещение в течение 2 минут.
«GSM-жучок» оснащен тремя встроенными датчиками:
· Акустический датчик/микрофон:
При включенном акустическом датчике «GSM-жучок» оповестит Вас звонком или сообщением о том, что в помещении появился звук (например, разговор).
· Датчик движения:
При включенном датчике движения Вы можете узнавать о движениях в помещении. Например, если кто-то зашел в помещение, также оповестит Вас.
· Датчик вибрации:
При включенном датчике вибрации «GSM-жучок» оповестит о вибрации на объекте.
Чувствительность всех датчиков регулируется по 3 уровням.
Как только Вы получили сообщение, Вы можете, набрав номер, прослушать, что происходит в помещении.
· устройство может быть постоянно подключено к сети и, соответственно, постоянно работать;
· для начала работы с устройством Вам понадобится только SIM-карта оператора мобильной связи;
· для настройки устройства «GSM-жучок» не обязательно иметь доступ к нему. Все настройки можно вводить при помощи SMS-команд, отправленных на устройство. Все команды подробно расписаны в инструкции, входящей в комплект поставки;
«GSM-жучок» может отправлять уведомления на 3 телефонных номера.
Есть возможность установить пароль для того, чтобы кроме Вас (и доверенных лиц), больше никто не смог воспользоваться устройством «GSM-жучок» [29]. В таблице 6 приведены характеристики оборудования.
Таблица 6 – Характеристики.
| Размеры | 106*38*19 мм |
| Вес | 78 г (включая аккумулятор) |
| Аккумулятор | ВАК 053048S2 Lithium Ion |
| Напряжение | 3,45-4,2 В (номинальное 3,6V) |
| Время зарядки аккумулятора | 40 минут (при полной разрядке) |
| Время работы в режиме ожидания | до 290 ч. (Телефонный режим) до 200 ч. (Режим наблюдения) |
| Время работы в режиме прослушки | 2-4 часа |
| Частота | EGSM900 (880-960 МГц) DCS1800 (1.710-1.880 МГц) |
| Датчики | |
| Датчик движения | · радиус наблюдения – 5 метров; · угол наблюдения – 80°; · регулировка чувствительности: 3 уровня (Low, Mid, High). |
| Датчик вибрации | · реагирует на малейшее сотрясение и подходит для наблюдения за всеми видами транспортных средств; · регулировка чувствительности: 3 уровня (Low, Mid, High). |
Продолжение таблицы 6.
| Акустический датчик | · суперчувствительный микрофон реагирует на голоса или звуки в следуемой комнате; · регулировка чувствительности: 3 уровня (Low, Mid, High). |
5.4 Скрытые Wi-Fi устройства видеонаблюдения.
Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.
Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.
Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала.
Преимущества Wi-Fi:
· позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями;
· позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам;
· Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi;
· в пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.;
· излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона[6].
Недостатки Wi-Fi:
· в диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
· производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.[7]
· в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации[9].
· стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2.
В связи с широкой распространённостью беспроводных сетей Wi-Fi и дешевизной изготовления приёмопередающего оборудования, было разработано множество шпионского оборудования на базе стандарта IEEE 802.11.
Первым примером может послужить скрытая пуговица-камера, активизирующаяся магнитным импульсом, который излучает ваше кольцо на пальце. Все что нужно, это только поднести руку с магнитным колечком к скрытой пуговице-камере для начала/завершения съемки, и будет получен доступ к полноценному видео со звуком или фото, в зависимости от положения переключателя фото/видео.
Миниатюрная камера, замаскированная под обычную пуговицу - это идеальное устройство для людей, которые хотят остаться незамеченными во время видеозаписи. Как видно на рисунке 33, основной блок располагается под одеждой, а глазу окружающих подается лишь ничем неприметная пуговица. Несмотря на свои компактные размеры, камера делает фото с разрешением 1280х960 пикселей (1,3 Мп), записывает видео в формате AVI с разрешением 640х480 пикселей при 30 кадрах в секунду. Скрытая пуговица-камера оснащена встроенной памятью емкостью 4Gb[30]. В таблице 7 приведены характеристики оборудования.
Рисунок 33 - Скрытая пуговица-камера.
Таблица 7 – Характеристики.
| Видео | 640х480, 30 кадров/сек |
| Формат видеофайлов | AVI |
| Фотографии | 1280х960 |
| Формат фотографий | JPG |
| Память | 4 Гб |
| Питание | USB 2.0 |
| Размеры | 69*15*10 мм |
| Вес | 13 г |
Вторым примером служит ультра-портативная, Wi-fi мини видеокамера(Рисунок 34), которая позволяет пользователям просматривать и записывать аудио и видео на ПК или смартфон находясь на удаленном доступе имея при этом миниатюрный размер.
Благодаря 802.11 B / G беспроводному (Wi-Fi) интерфейсу, камера позволяет выводить запись аудио и видео на мобильные устройства, такие как смартфоны (Iphones или Android-устройства) и ноутбуков в режиме онлайн.
Скрытая мини камера рассчитана на питание от батареи CR2, и в сочетании с компактным дизайном (30 мм в диаметре и 35 мм в длину + весит всего 100 г с батареей), вы можете легко переносить камеру для записи. Пользователь может использовать стандартный веб-браузер для подключения к камере, чтобы просмотреть записи или принимать мгновенные снимки [31]. В таблице 8 приведены характеристики оборудования.
Рисунок 34 - Wi-Fi Мини Видеокамера.
Таблица 8 – Характеристики.
| Видео | 640х480, 320х240, 160х120, 30 кадров/сек |
| Формат видеофайлов | VGA, QQVGA |
| Угол обзора | 60 градусов |
| Фокусное расстояние | От 20 см |
| Время работы | 3 часа в режиме записи |
| Размеры | 30 мм (диаметр) х 35 мм (длинна) |
5.5 Рекомендации по применению РПМ
Для уменьшения риска утечки информации предполагается наносить радиопоглощающий материал на стены, пол и потолок комнаты. Причём, ввиду своей малой толщины (1 мм) может не выдавать своего присутствия, что, несомненно, положительно скажется с эстетической точки зрения. Так как радиопоглощающая поверхность на основе метаматериала фиксированного размера имеет узкую полосу пропускания, рекомендуется нанесение материала в несколько слоёв, предназначенных для экранирования помещения от частот основных стандартов беспроводных сетей (GSM, IEEE 802.11).
Главным преимуществом данного материала относительно других радиопоглощающих материалов является цена. В таблице 9 приведена цена радиопоглощающих материалов [32].
Таблица 9 – Стоимость радиопоглощающих материалов.
| Радиопоглощающий материал | Стоимость, USD/Минимальное товарное количество |
| Поглощающие прокладки (Стандартный лист 210 Х 300 мм). состав: синтетический поглотитель в полимере с липким слоем. | |
| EXSOB-100->V0-210-300->AА (-2..-3 дБ 0,7-10 ГГц) | 93,5 / 1 лист. |
| EXSOB-150-V0-210-300-А (-3..-6 дБ 0,8-5 ГГц) | 113 / 1 лист. |
| EXSOB-150-V2-210-300-А (-3..-6 дБ 0,4-5 ГГц) | 109 / 1 лист. |
| EXSOB-150-V3-210-300-А (-3..-6 дБ 0,5-20 ГГц) | 126 / 1 лист. |
| EXCI-100-5.8G-210-300-А1 (микроволновый, 5,8 ГГц) | 93,5 / 1 лист. |
| Гибкие ферритовые поглотители | |
| FAM1-0.33 мм (лист 600*400*0,33 мм) | 108 / 1 лист. |
| FAM1-1.0 мм (лист 400*400*1,0 мм) | 170 / 1 лист. |
| FAM1-2.5 мм (лист 360*400*2,5 мм) | 286 / 1 лист. |
| FAM3-0.75 мм (лист 400*400*0.75 мм) | 319 / 1 лист. |
| FAM4-2.0 мм (лист 400*400*2.0 мм) | 213 / 1 лист. |
| Материалы для безэховых камер | |
| PA-08 полимерная радиопоглощающая пирамидка 600*600*127 мм | 291 / 1 шт |
| WPA радиопоглощающая широкодиапазонная пирамидка 100*100*80 мм | 26,6 / 1 шт |
| FAT-900 поглотитель для БЭК, 100*100*4,2 мм | 37,4 / 1 шт |
| FAT-DL поглотитель для БЭК двухслойный 3+21+3мм, 100*100 мм | 22,0 / 1 шт |
| PGA поглотитель UHF-GSM диапазона, 100*100*20 мм | 15,4 / 1 шт |
Цена разработанной радиопоглощающей поверхности на основе метаматериала определяется стоимостью листа диэлектрика и стоимостью работ по изготовлению. Цена диэлектрика FR-4 размера 200*300*1 мм3 составляет 130,00 рублей, стоимость работы по изготовлению участка радиопоглощающего покрытия указанного размера в ООО «Плата-К» (г. Калининград) составляет 1 500,00 рублей. Итого ориентировочная себестоимость покрытия составляет 1 730,00 рублей (56,00 USD). Таким образом видно, что данный материал стоит не дороже приведенных аналогов. Разработанный метаматериал более узкополосный, однако, как показывают расчеты, затухание сигнала на рабочих частотах составляет ориентировочно – 44 дБ.
Заключение
В ходе проделанной работы были решены поставленные задачи:
Была адаптирована программа EMCoS Antenna VirtualLab для вычисления материалов с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями, что позволило смоделировать радиопоглощающую поверхность на основе метаматериала. Были посчитаны и проанализированы электродинамические характеристики модели. Проведён сравнительный анализ с характеристиками зарубежного материала, взятого за основу.
При помощи компьютерного моделирования подтвердилась возможность использования эластичных материалов для изменен6ия резонансной частоты.
На основе компьютерной модели был изготовлен экспериментальный образец размерностью 16*16 элементов. Так же была оценена себестоимость одного листа радиопоглощающей поверхности размером 200*300*1 мм3, которая показывает, что новый материал не дороже, чем уже имеющиеся на рынке, а также имеет более высокие параметры по ослаблению сигнала в более узкой полосе частот. Применяя несколько слоев такого РПМ можно добиться перекрытия необходимого спектра частот с заданным высоким уровнем ослабления.
В работе остались ещё нерешённые вопросы. Основной вопрос – испытание изготовленного образца в безэховой камере, которое пока невозможно сделать с текущим материальным обеспечением. Решением этой проблемы может являться – укрепление сотрудничества с другими высшими заведениями, обладающими необходимым оборудованием.
Так же остался открытым вопрос разработки технологии создания эластичных кольцевых щелевых резонаторов, нанесения их на плату и механизмов контроля геометрических размеров.
Материал несёт больше научный интерес, чем коммерческий. Рекомендуется заняться дальнейшими разработками по улучшению электродинамических качеств материала. В частности, следующим этапом следует добиться нескольких полос пропускания при одинаковой конфигурации РПМ.
Список используемой литературы используемых источников
1. Lucrative Communications Degree Opportunities// American communication journal. - [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://www.webcitation.org/6AKceBiVr
2. Преимущества и недостатки проводных и беспроводных сетей// Айти Лайн. - [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://www.it-lines.ru/blogs/network/preimushhestva-i-nedostatki-provodnyx-i-besprovodnyx-setej
3. Пономарев О.П., Клишин С.М. Улучшение электрических характеристик планарных антенн на основе метаматериалов и перспективы их использования / Депонирована в ВИНИТИ РАН 28.09.2010, №548-В2010. - 28 с.
4. Сивухин Д.В. Об энергии электромагнитного поля в диспергирующих средах // Опт. и спектр. 1957. Т. 3. Вып. 4. С. 308.
5. Лагарьков А. Н., Кисель В. Н., Сарычев А. К., Семененко В. Н. ЭЛЕКТРОФИЗИКА И
Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 95 | Нарушение авторских прав