Absorvedores de
Radiação Eletromagnética
Aplicados no Setor
Aeronáutico
Electromagnetic Radiation Absorbers with Aeronautical Applications
JOSIANEDE CASTRO DIAS
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
josianecastro@yahoo.com
FÁBIO SANTOSDA SILVA
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
fabioss@iconet.com.br
MIRABEL CERQUEIRA REZENDE
Centro Técnico Aeroespacial (CTA)/Instituto de Aeronáutica e Espaço
mirabelrezende@hotmail.com
INÁCIO MALMONGE MARTIN
Unicamp-IFGW
martin@ifi.unicamp.br
RESUMO – Os materiais absorvedores de radiação são obtidos com base no processamento adequado de matrizes polimé-ricas aditadas com partículas específicas ao uso do absorvedor e pela utilização de estruturas híbridas em materiais com-pósitos. Esses materiais são atualmente utilizados nas indústrias aeronáutica, de telecomunicações e de eletroeletrônicos e, ainda, na área médica. O presente trabalho apresenta conceitos básicos e trabalhos experimentais envolvidos na ciência dos materiais absorvedores de radiação eletromagnética, juntamente com informações sobre os materiais primários empregados no seu processamento e as metodologias de caracterização baseadas nas técnicas do Arco NRL (Naval
Rese-arch Laboratory) e RCS (Radar Cross Section).
Palavras-chave: MATERIAISABSORVEDORESDERADIAÇÃO – BLINDAGEMELETROMAGNÉTICA – ABSORVEDORES.
ABSTRACT – Radar absorbing materials (RAM) are obtained from polymeric matrices added with specific additives or using hybrid structures in composite materials. Nowadays, these materials are widely used in various fields, including space, aircraft, electronics, medical and telecommunications. The purpose of the present work is to show a review of the basic concepts concerning radar absorbing materials, giving information about raw materials used in its processing and the characterization methodologies based in NRL (Naval Research Laboratory) arc and RCS (Radar Cross Section) tech-niques.
INTRODUÇÃO
Materiais Absorvedores de Radiação
e maneira simplificada pode-se dizer que os materiais absorvedores de radiação (Radar
Absorbing Materials-RAM) promovem a
troca de energia da radiação eletromagnética pela energia térmica, devido às características intrínsecas de determinados componentes, podendo-se citar alguns tipos de materiais carbonosos, polímeros condutores e ferritas. Esses materiais, quando atingi-dos por uma onda eletromagnética, têm a estrutura molecular excitada e a energia incidente é conver-tida em calor (Interavia, 1998). Exemplos de uso bem sucedido desses materiais podem ser encontra-dos na aeronáutica clássica, na blindagem eletro-magnética de instrumentos de aeronaves (Stonier, 1991; e International Encyclopaedia of Composites, 1991), na fabricação de artefatos utilizados na área de telecomunicações, podendo-se citar a proteção eletromagnética em edifícios e câmaras anecóicas, devido à interferência de sinais em geral, em siste-mas de cabeamento de controle de ruídos espúrios e em programas de vigilância; na indústria de eletroe-letrônicos, na segurança de fornos de microondas; e no monitoramento inteligente de camuflagem e na blindagem de equipamentos utilizados na área médica (Jafellicci Jr., 1997).
Os RAM podem ser divididos em materiais que absorvem os campos magnético e elétrico e a combinação de ambos, denominados materiais absorvedores. Um critério para a seleção de um material absorvedor é, em especial, a localização da região natural de ressonância magnética dos aditivos a ele incorporados, por exemplo, as ferritas
(Inter-national Encyclopaedia of Composites, 1991;
Ufi-mtsev, 1996; Hippel, 1954; Sattar, 1996). A eficiência na absorção do sinal emitido por uma determinada fonte pode ser avaliada pela atenuação da reflexão da radiação, promovida pelo material ou objeto em questão. A medida considera não só a influência do material, mas também a geometria do objeto, denominada de RCS (Radar Cross Section), utilizada para descrever o tamanho virtual do objeto detectado pelo receptor de sinal na faixa de fre-qüência do emissor de ondas (Halliday & Resnick, 1984).
A transparência ou a reflexão de uma estrutura submetida a uma determinada radiação incidente são funções não apenas da geometria da peça, mas também das propriedades do material, particular-mente de suas propriedades dielétricas
ε
(a permissi-vidade, também chamada de constante dielétrica) ede suas propriedades magnéticas µ (a
permeabili-dade magnética) (Afsar et al., 1986; Emerson, 1973). Sendo assim, alguns materiais podem ser usados para absorver alta porcentagem da radiação incidente ou para atenuar parte dela ou, ainda, serem transparen-tes a essa radiação.
As duas categorias de absorvedores (dielétri-cos e magnéti(dielétri-cos) podem ser obtidas por:
• absorvedores dielétricos: a partir da adição de pequenas partículas de carbono, grafite ou partí-culas de metal pulverizadas em uma matriz poli-mérica; e
• absorvedores magnéticos: pela adição de aditi-vos com características magnéticas, por exem-plo, ferritas, conhecendo-se a sua curva de histerese magnética (Afsar et al., 1986; Verwey & Helmann, 1947).
Absorvedores Magnéticos
Os absorvedores magnéticos são constituídos geralmente de polímeros, como: elastômeros à base de poliisopreno, neopreno, nitrilas, silicones e/ou polímeros poliuretânicos, fenólicos ou epoxídicos, os quais são aditados com materiais com caracterís-ticas magnécaracterís-ticas, por exemplo as ferritas. Esses absorvedores podem ter em sua formulação, além da ferrita, partículas de carbono e/ou polímeros condutores. Pelo controle das propriedades magné-ticas e espessura do material, o polímero aditado pode ser projetado para alcançar altos valores de permeabilidade. Isso envolve a seleção apropriada do aditivo, de sua concentração e distribuição na matriz do RAM, de modo a favorecer um alto fator de perda (tan δ). Os absorvedores magnéticos são, normalmente, menos espessos, apresentando em alguns casos 1/10 da espessura dos absorvedores dielétricos. No entanto, as suas características de absorção são equivalentes às dos absorvedores dielé-tricos (International Encyclopaedia of Composites, 1991).
Ferritas
Os materiais cerâmicos incluem uma categoria ampla de compostos, empregados nas mais diversas áreas e com finalidades específicas, podendo-se citar os piezoelétricos, os ferroelétricos, os isolantes e os supercondutores (Buchanan, 1991).
As ferritas são materiais cerâmicos, contendo ferro, oxigênio e outro metal, apresentando caracte-rísticas magnéticas, com fórmula química tipo M2+[Fe23+]O4 e condutividade elétrica relativa-mente alta. Esses materiais apresentam curva de his-terese quando submetidos a um campo magnético externo. As ferritas, por absorverem ondas eletro-magnéticas, têm atraído muito a atenção nas últimas décadas como aditivo no processamento dos RAM (Afsar et al., 1986; Buchanan, 1991; Sattar, 1996).
O entendimento das propriedades de magne-tismo em um material pode ser resumido na combi-nação de três fatores (Marques & Varanda, 1998): • a origem do magnetismo, ou seja, a existência
dos momentos magnéticos no material; • a existência de interações entre os momentos
magnéticos e o entendimento dessas interações; • a mecânica estatística, necessária para o entendi-mento das propriedades macroscópicas mensu-ráveis em laboratório.
Quando um campo magnético externo é apli-cado em um material com propriedades magnéticas, algumas de suas regiões alinham os seus momentos magnéticos atômicos paralelamente em uma única direção, constituindo, assim, os domínios magnéticos do material. Esses domínios crescem por influência de outros vizinhos, podendo sofrer uma rotação no sentido mais fácil para se alinharem com o campo magnético aplicado. Dessa forma, as propriedades magnéticas em referência são resultantes do ordena-mento dos moordena-mentos de dipolo magnéticos das espé-cies que constituem o material. Então, o momento magnético dos átomos deve-se ao momento orbital dos elétrons em torno do núcleo e ao momento de rotação (spin) do elétron em torno de seu próprio eixo. A ordenação dos momentos magnéticos for-nece os tipos de magnetismo apresentados na tabela 1 (Marques & Varanda, 1998).
As propriedades magnéticas das ferritas estão diretamente relacionadas com os elétrons da camada incompleta dos cátions do metal. Nessas camadas, os
números quânticos orbital e de spin dos elétrons desemparelhados combinam com os momentos mag-néticos dos demais elétrons (Buchanan, 1991). A soma desses momentos dá o momento magnético do átomo (Cho; Kang & Oh, 1996). Nas ferritas ferrimagnéticas o alinhamento dos momentos magnéticos antiparale-los, com números desiguais de spins nas duas direções, é que fornece o momento magnético resultante dife-rente de zero. Nos materiais ferromagnéticos, os momentos magnéticos dos elétrons constituintes estão espontaneamente alinhados em paralelo (vide tab. 1) e o momento magnético resultante se torna diferente de zero (Sattar, 1996). Em alguns casos, os momentos magnéticos estão dispostos antiparalelamente, levando a um momento magnético integral nulo. Esses materi-ais são chamados antiferromagnéticos, como por exemplo, o MnO2 (Verwey & Helmann, 1947).
Tab. 1. Tipos de magnetismo classificados conforme a
orientação dos momentos magnéticos dos materiais.
Todos os materiais ferro e ferrimagnéticos exi-bem o efeito de histerese, entre um campo magné-tico aplicado (H) e a indução magnética (B) do material apresentando, consequentemente, proprie-dades associadas a esse efeito, como permeabilidade magnética, saturação de magnetização e forças coer-citivas (Buchanan, 1991).
Estruturas das Ferritas
As ferritas podem ser classificadas em: • estrutura tipo granada, com fórmula geral
5Fe2O3:3 Me2O3, onde Me2O3 = óxido metálico de terras raras;
• estrutura tipo espinélio, com fórmula geral 1Fe2O3:1MeO, onde MeO = óxido de metal de transição;
• estrutura tipo hexagonal, com fórmula geral 6Fe2O3:1 MeO, onde MeO = óxido de metal divalente, grupo II A da Tabela Periódica (Buchanan, 1991).
ORDENAMENTO ORIENTAÇÃODOSMOMENTOS DEDIPOLOSMAGNÉTICOS Paramagnético Ferromagnético ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Antiferromagnético ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ Ferrimagnético ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
As ferritas com fórmula geral MFe2O4 (onde M = Co, Ni, Mn etc.) são do tipo espinélio, por ana-logia à estrutura do mineral espinélio (MgAl2O4). Esse tipo de estrutura possibilita uma distribuição dos cátions no retículo cristalino, em sítios tetraédri-cos e octaédritetraédri-cos, cujos vértices são ocupados por átomos de oxigênio formando um arranjo cúbico de face centrada. Nessa estrutura, os íons metálicos ocu-pam os interstícios entre os átomos de oxigênio (Verwey & Helmann, 1947). Esses sítios podem ser tetraédricos (sítio A), devido ao cátion metálico estar localizado no centro de um tetraedro, e octaédrico (sítio B), quando o cátion metálico localiza-se no centro de um octaedro. As propriedades físico-quí-micas dos espinélios não dependem somente do tipo de cátion, mas também da distribuição desses nos sítios disponíveis no retículo cristalino. Essa estrutura influencia as propriedades magnéticas desses materi-ais, permitindo a sua utilização nas indústrias de cabo telefônico, televisão, transformadores, antenas de rádio, ímãs permanentes em alto-falantes, filtros de microondas etc. As ferritas do tipo espinélio con-tendo átomos de Zn ou Cd podem apresentar
momento magnético máximo, a uma certa concen-tração desses elementos (Cho; Kang & Oh, 1996).
Em função dessas características, as ferritas tipo espinélio são muito utilizadas como aditivos no processamento de RAM, sendo usadas em materiais absorvedores à base de polímeros, como tintas, mantas e espumas absorvedoras de radiação eletro-magnética, para faixas de freqüências estreitas e lar-gas (Cho; Kang & Oh, 1996).
Negro de Fumo
Atualmente, o negro de fumo (NF) tornou-se um dos aditivos mais aceitos comercialmente no pro-cessamento de plásticos condutivos e borrachas. Exis-tem, basicamente, quatro tipos de negro de fumo, diferenciados em função do processo de fabricação e propriedades específicas. Em aplicações industriais os mais utilizados são os obtidos pela degradação de compostos orgânicos em forno (Engineered Materials Handbook, 1998). O NF é um material carbonoso da classe dos carbonos poliméricos, apresentando estru-tura cristalográfica dos planos basais similar à do gra-fite (Nohara, 1998) e, como tal, intrinsecamente semicondutor (Dias, 1998).
Tab. 2. Propriedades elétricas típicas de matrizes poliméricas (International Encyclopaedia of Composites, 1991).
Dados para freqüências de 10 GHz a 20 oC
MATRIZES POLIMÉRICAS CONSTANTEε′ / ε DIELÉTRICA, 0 FATORDE PERDA , TAN δ Utilizadas em Compósitos Convencionais Poliéster 2,7-3,2 0,005-0,020 Epóxi 3,0-3,4 0,010-0,030 Cianato de éster 2,7-3,2 0,004-0,010 Utilizadas em Compósitos Para Uso em Alta Temperatura
Fenólicas 3,1-3,5 0,030-0,037 Polimidas 2,7-3,2 0,005-0,008 Silicone 2,8-2,9 0,002-0,006 Polieteramida (PEI) 3,1 0,004 Utilizadas em Compósitos Termoplásticos
Policarbonato (LEXAN) (G.E.) 2,5 0,0006
PPO (NORYL) (G.E.) 2,6 0,0009
Polisulfona (PS) 3,1 0,003
Polietersulfona (PES) 3,5 0,003
Polisulfeto de Fenileno (PPS) 3,0 0,002
A condutividade elétrica desejada de um material dopado com NF é função das propriedades físico-químicas desse aditivo (Cabot Co., 1998). A seleção apropriada do tipo de NF condutor a ser uti-lizado como aditivo no processamento de um RAM é crítica. Pois isso depende de parâmetros como incorporação desse aditivo na matriz polimérica, condutividade, processabilidade, dispersão e custo (Ruvolo Filho, 1998; Fazenda, 1995a, 1995b).
O fluxo de elétrons em uma mistura de negro de fumo e matriz polimérica é alcançado quando o NF forma uma rede condutiva na massa polimérica. O fluxo de elétrons ocorre quando as partículas de NF, que se encontram agregadas, permanecem em contato ou separadas por distâncias muito pequenas. Esse fenômeno é, em geral, função da área superfi-cial, da estrutura e dos tipos de partículas (pó ou grãos). A área superficial caracteriza o tamanho da partícula e seu grau de microporosidade (Cabot Co., 1998). Altos valores de área superficial levam a um maior número de agregados por unidade de peso, resultando em distâncias interagregados menores, tornando as amostras mais condutivas eletricamente, a uma dada carga (Rodriguez, 1989). Desse modo, a quantidade de negro de fumo necessária para alterar a condutividade elétrica de materiais é, geralmente, pequena (Berins, 1991; Johnson, 1992).
Esse tipo de carbono na área de absorvedores de ondas eletromagnéticas é bastante utilizado por suas características físicas, como área superficial e condutividade. Estas características permitem a absorção da radiação incidente, transformando-a em calor. Uma outra vantagem da utilização do NF é o controle do seu grau de pureza química durante o seu processamento, de modo a ser compatível com a utilização, ou seja, isento de íons metálicos que possam promover o aumento da refletividade do material.
Absorvedores Dielétricos
As superfícies dielétricas normalmente utiliza-das no setor aeronáutico, como estruturas absorve-doras de radiação, são em plásticos reforçados, como, por exemplo, laminados de compósitos poli-méricos com fibras de carbono (International
Encyclopaedia of Composites, 1991). A quantidade
de radiação refletida de uma estrutura de plástico
reforçado por fibras é função da constante dielétrica dos materiais na superfície. As constantes dielétricas para materiais não metálicos podem ser observadas na tabela 2. Uma estrutura projetada para absorver energia eletromagnética na faixa de 2 a 20 GHz deve apresentar uma constante dielétrica efetiva em torno do valor unitário. Isso é possível pela incorpo-ração de aditivos específicos ao uso do absorvedor.
Uma estrutura com espessura adequada pode ser projetada com características de transmissão máxima pela seleção das constantes dielétricas dese-jadas dos materiais empregados na sua preparação, para uma determinada banda de freqüência de utili-zação. Por exemplo, compósitos poliméricos com fibras de quartzo têm boas propriedades dielétricas para uso em artefatos transparentes à radiação (tab. 3) (International Encyclopaedia of Composites, 1991).
Tab. 3. Constantes dielétricas de alguns compósitos com
fibras de quartzo.
Eficiência dos Absorvedores
A eficiência de um material absorvedor ou o quanto um objeto está absorvendo da radiação inci-dente é medida pela densidade de fluxo de energia do campo espalhado pelo objeto na direção do receptor do radar, comumente chamado de RCS (Halliday & Resnick, 1984; Johnson, 1992; Bru-gess & Berlekamp, 1988).
Um transmissor de radar produz um sinal que se propaga em um padrão esférico, sendo a potência do sinal que atinge um objeto proporcional ao tamanho desse objeto e inversamente proporcional à área da esfera. Como essa área é proporcional ao quadrado de seu raio, a potência do sinal do radar que atinge o objeto é inversamente proporcional ao quadrado da distância do objeto ao radar (Skolnik, 1970; Knott, Schaeffer & Tuley, 1985).
COMPÓSITOS CONSTANTE
DIELÉTRICA FATORDEPERDA
Quartzo/Epóxi 2,8 – 3,7 0,006 – 0,013 Fibras de Quartzo/ Bismaleimida 4,0 – 4,4 0,006 – 0,012 Fibras de Quartzo/Polimida 3,0 – 3,2 0,004 – 0,008 Fibras de Quartzo/PPS 3,3 0,002 Fibras de Quartzo/ (Astroquartz©-49) 3,8 0,0001 – 0,0002
Para que haja a detecção do objeto, as ondas do radar devem retornar à antena receptora. Com a finalidade de se obter uma baixa detecção, uma grande porcentagem da energia dos sinais do radar, que atinge o objeto, precisa ser absorvida ou lhada por sua superfície. A energia que for espa-lhada deve ser refletida em direções distintas da direção do receptor em que o sinal foi gerado (Johnson, 1992; Brugess & Berlekamp, 1988).
O sinal de radiação refletido pelo objeto tam-bém se propaga esfericamente. A quantidade de energia que retorna ao radar (o eco do radar) dependerá do tamanho do objeto e de suas caracte-rísticas de baixa detecção. Se o objeto possui carac-terísticas de baixa detecção, então o sinal será menor do que realmente é, ou seja, o seu RCS será reduzido (International Encyclopaedia of
Composi-tes, 1991).
A radiação que atinge a superfície da estrutura de uma aeronave não é apenas refletida, mas tam-bém gera uma onda secundária que se propaga paralelamente à superfície. Essa onda se propaga através da superfície da estrutura até encontrar uma descontinuidade, como uma falha, uma junta ou lâmina pontiaguda e nesse ponto será refletida para fora da estrutura. Ondas que se propagam pela superfície podem contribuir significativamente para o aumento do RCS (Skolnik, 1970). No entanto, quando a onda encontra um absorvedor, parte da radiação pode ser dissipada e/ou absorvida depen-dendo do fator de perda do material.
Tab. 4. Relação entre atenuação do sinal refletido e
por-centagem de energia absorvida (International
Encyclopaedia of Composites, 1991).
A tabela 4 exemplifica a relação entre a ate-nuação da reflexão (dB) e a porcentagem de absor-ção do sinal de radiaabsor-ção. A 20 dB de reduabsor-ção do
sinal refletido, por exemplo, tem-se o equivalente a 99% de absorção da energia incidente.
Tab. 5. Valores de RCS típicos (International
Encyclopae-dia of Composites, 1991).
A tabela 5 mostra o RCS que radares típicos conseguem captar de algumas aeronaves em com-paração ao RCS do homem, de pequenos pássaros e insetos (International Encyclopaedia of Composites, 1991).
MEDIDAS EXPERIMENTAIS
DE REFLETIVIDADE
Técnica do Arco NRL
O arco NRL é um dispositivo concebido no Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos da América (Naval Research Laboratory), na década de 50, como um meio de avaliar painéis absorvedo-res. O arco consiste, basicamente, de uma estrutura em madeira que permite fixar um par de antenas transmissora e receptora, tipo corneta, em uma vari-edade de ângulos. Cada corneta dependendo da fre-qüência é colocada em um suporte móvel, em qualquer lugar desejado ao longo do arco. A amos-tra é posicionada sobre um pequeno pedestal no centro da curvatura do arco (Skolnik, 1970). A figura 1 mostra esse dispositivo adaptado e mon-tado junto à câmara anecóica do Centro Técnico Aeroespacial.
ATENUAÇÃODA REFLEXÃO, dB % DA ENERGIA ABSORVIDA
0 0 -3 50 -10 90 -15 96,9 -20 99 -30 99,9 -40 99,99 TIPOS RCS (M2) Jato Jumbo 100 Fortaleza voadora B-17 80 Bombardeiro B-47 40 Bombardeiro B-1 10 Bombardeiro B-1B 1,0
Grandes aviões de caça 5-6
Pequenos aviões de caça 2-3
Pequeno monomotor 1,0 Homem 1,0 Pássaro pequeno 0,01 Inseto 0,00001 Caça F-117A 0,1 Bombardeiro B-2 (Stonier, 1991) 0,01
Fig. 1. Esquema do arco de NRL com os acessórios, mostrando a estrutura ao longo da qual um par de cornetas pode ser
ajustado e a amostra em teste posicionada no centro do arco.
A estrutura do arco é projetada de modo a manter a antena apontada para o centro da amostra em teste. As antenas transmissora e receptora podem ficar próximas, mas a distância mínima deve equivaler à abertura de uma corneta em uso. Como material de referência e apoio da amostra em teste utiliza-se, normalmente, uma placa de metal. No entanto, os tamanhos das placas de referência e da amostra devem ser idênticos. O sistema para as medidas em intervalos de freqüências é constituído por um gerador de sinal com uma saída em ampli-tude modulada, que transmite uma faixa de fre-qüência. O sinal refletido é captado pela corneta receptora, sendo visualizado em um analisador de espectros (Knott, Schaeffer & Tuley, 1985).
A amostra em teste é posicionada no mesmo local da placa de referência. O resultado do índice de refletividade (atenuação do sinal incidente) será a diferença entre a medida da placa de referência e a da amostra. Se dados de desempenho são necessá-rios em outras freqüências, deve-se ajustar o gerador com as cornetas substituídas adequadamente, con-forme a necessidade. A limitação de uso da técnica do arco NRL é a dificuldade para se medir a fase relativa do sinal refletido. Consequentemente, essa técnica é empregada apenas para caracterizar direta-mente a amplitude da reflexão (Skolnik, 1970; Knott, Schaeffer & Tuley, 1985).
A figura 2 mostra uma medida de refletivi-dade, com varredura de 8-12 GHz, em um material de referência (placa de alumínio), curva superior, e um absorvedor tipo pintura poliuretânica aditada com ferrita NiZn e NF (curva inferior), mostrando uma absorção média da radiação incidente de 4 dB, correspondendo, segundo a tabela 4, a valores de absorção superiores a 50%. Esse RAM foi proces-sado no Centro Técnico Aeroespacial e caracteri-zado pelo uso do arco NRL. O teste é realicaracteri-zado próximo à incidência normal da radiação. O mate-rial em teste foi projetado para ser utilizado na faixa de 8-12 GHz.
Fig. 2. Medida de refletividade de um absorvedor
A figura 3 mostra uma medida de refletivi-dade, com varredura de 8-12 GHz, em um material de referência e um absorvedor tipo manta, com espessura de 3 mm aditada com as mesmas ferritas e negro de fumo, processado no Centro Técnico Aeroespacial, efetuada no mesmo arco NRL. O teste é realizado próximo à incidência normal da radiação.
Fig. 3. Medida de refletividade de um absorvedor
desen-volvido no CTA, na região de 8-12 GHz.
Técnica RCS
A técnica do arco NRL permite colocar o material a ser caracterizado na condição de campo próximo, cujo valor da refletividade pode ser menor que o medido sob a condição de campo distante. Uma alternativa para simular medidas em campo distante é utilizar uma câmara anecóica, empre-gando a técnica RCS (Skolnik, 1970).
Para uma avaliação sem interferências de absorvedores, a técnica RCS deve ser empregada (Knott, Schaeffer & Tuley, 1985). Esta técnica requer um painel de dupla face, uma com o mate-rial refletor e outra com o matemate-rial absorvedor montado em um suporte giratório, posicionado no centro entre as cornetas transmissora e receptora.
Essa metodologia apresenta a vantagem de se obter em um mesmo ensaio, os valores de referên-cia e de atenuação do material em teste, com a necessidade, apenas, de um giro de 360º do eixo. Na figura 4 tem-se um esquema simplificado do dispositivo utilizado nessa técnica (Knott, Schaeffer & Tuley).
Fig. 4. Esquema do dispositivo utilizado no método RCS
(Knott, Schaeffer & Tuley, 1985).
A desvantagem dessa técnica é que o suporte não é completamente invisível para a onda eletro-magnética, podendo introduzir reflexões indesejá-veis. O revestimento do suporte com material tipo espuma com altas perdas é aconselhável para mini-mizar essas reflexões.
Corpos-de-prova para os Ensaios
Via Técnicas RCS e Arco NRL
A definição dos tamanhos dos corpos-de-prova, em função da faixa de freqüência a ser utili-zada na caracterização via técnicas RCS ou arco NRL, é uma etapa importante de modo a garantir a qualidade das medidas. Para isso, faz-se o uso da equação 1, que permite calcular as dimensões míni-mas dos corpos-de-prova a serem ensaiados,
onde, λ = comprimento de onda (m), c = 3 x
108, velocidade da luz no vácuo (m2/s) e f o valor da freqüência (Hz).
As dimensões dos corpos-de-prova devem ser iguais ou superiores a 3λ, pois as contribuições das bordas influenciam nas medidas (efeito de difração).
Geralmente, a placa apresenta 3λ ao longo de uma
dimensão e, preferencialmente, 5λ ou mais na
outra. Essa exigência pode ser estendida a tamanhos maiores se a amostra do material possuir caracterís-ticas de desempenho muito altas, chegando até a 15
λ (Skolnik, 1970).
A figura 5 esquematiza as dimensões das pla-cas em teste.
Fig. 5. Dimensões mínimas dos corpos-de-prova para os
ensaios via técnicas RCS e arco NRL.
As dimensões dos corpos-de-prova devem
obedecer o limite de 15λ, sendo que um mesmo
corpo-de-prova, preparado para medidas em fre-qüências mais baixas, pode ser utilizado em medidas em mais altas freqüências (Skolnik, 1970). Por exemplo, um corpo-de-prova preparado para medi-das a freqüência de 5 GHz (0,30 m X 0,18 m) pode ser utilizado para testes em 10 e 20 GHz.
Nessa abordagem dos métodos de medição da absorção de radiação eletromagnética e da varia-ção das dimensões dos corpos-de-prova, o método do arco NRL mostra-se simples, oferecendo respos-tas rápidas na avaliação de absorvedores.
A tabela 6 traz algumas dimensões de placas em função de determinadas faixas de freqüências.
Tab. 6. Correlação entre dimensões de corpos-de-prova e λ, a determinadas freqüências.
CONCLUSÃO
O domínio da tecnologia de processamento e caracterização de absorvedores com características específicas de absorção de determinadas faixas de
freqüência em microondas, para aplicações diversas, é restrito a poucos países. O processamento gerenci-ado desses materiais, visando às aplicações finais, permite a otimização de uso de sistemas eletroele-trônicos, utilizados nas áreas de telecomunicações, aeroespacial e médica, entre outras.
A avaliação de absorvedores, para faixas estreitas e largas de freqüência, mostra-se adequada e rápida pelo uso de testes de refletividade, via técni-cas do Arco NRL e RCS.
O presente trabalho mostra de maneira resu-mida conceitos e técnicas necessários para a obten-ção e o aprimoramento de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (2-20 GHz), dando ênfase às ferritas e às suas estruturas. O Centro Téc-nico Aeroespacial vem se dedicando a essa área de processamento de RAM, efetuando medidas da refletividade de amostras preparadas pelo uso de polímeros à base de poliuretanos e epóxi, de partí-culas de negro de fumo e de ferritas, em diferentes concentrações e espessuras, desde 1997. Estes absorvedores têm sido obtidos como tintas, mantas poliuretânicas, epoxídicas e de silicone e colméias revestidas com ferritas e negro de fumo, com bons resultados de atenuação da radiação incidente na faixa de 2-20 GHz.
Uma outra técnica em pesquisa e desenvolvi-mento de RAM no Centro Técnico Aeroespacial está sendo atualmente pesquisada pelo mesmo grupo com o uso de polímeros condutores que, impregnados com outros materiais, constituirão uma nova e importante fase deste trabalho.
Agradecimentos
À FAPESP (Processos 97/14055-7 e 98/11030-6) e ao Comando da Aeronáutica, pelo apoio financeiro, e às empresas Imag Ind. e Com. de Produtos Eletrônicos Ltda. e Cabot Brasil Ind. e Com. Ltda./Especial Blacks Division, pela doação de amostras. Agradecemos, tam-bém, ao eng. Marcos Ferraz, pelas informações e suges-tões prestadas aos autores, e ao Sr. Manoel Guilherme da Silva Mello, do IF/Unicamp, pela correção e editora-ção do texto.
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