nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu hấp thụ sóng radar dải tần x và s

SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
~~~~~~~~~o0o~~~~~~~~~










TÊN ĐỀ TÀI
:

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG
RADAR DẢI TẦN X VÀ S






CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI : T.S NGUYỄN VĂN DÁN

T/p Hồ Chí Minh 7 – 2007

SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
~~~~~~~~~o0o~~~~~~~~~

TÊN ĐỀ TÀI
:


NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG
RADAR DẢI TẦN X VÀ S

Cơ quan chủ quản : Sở Khoa Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh

Cơ quan chủ trì : Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme
Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Cơ quan phối hợp : Bộ Tư Lện Hải Quân_Bộ Quốc Phòng

TTCGCNM – trực thuộc TTNĐ Việt – Nga

Chủ trì đề tài : TS.Nguyễn Văn Dán : B/m Kim loại & hợp
kim_Khoa CNVL_ ĐHBK_TP.HCM

Thành viên : TS Hoàng Đình Chiến : B/m Viễn Thông
ĐHBK_TPHCM
TS. Nguyễn Đắc Thành : TT Polyme ĐHBK_
TP.HCM
TS. Đại tá Huỳnh Quang : TTNĐVN
Đại tá Lương Việt Hùng : Lữ trưởng 171
ThS. Trung tá Trần Văn Hả : TTCGCNM
ThS. Thượng tá Bùi Nam Từ : TTCGCNM
KS. Bùi Duy San : Sơn Hải Quân

Tham gia : ThS. Nguyên Dương Thế Nhân : ĐHBK_TP.HCM





LỜI CẢM ƠN

Đề tài hoàn thành trên cơ sở sự quan tâm và giúp đỡ về tài chính
và quản lý của Sở KHCN .TPHCM
Nhân dòp này chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cơ quan,
đơn vò đã hợp tác và giúp đỡ cho đề tài :

1. Sở KHCN.TPHCM.

2. Bộ Tư Lệnh Hải Quân_BQP.

3. TTCGCNM_TTNĐ Việt Nga.

4.Lữ đoàn 171_ Hải Quân_BQP.

5.Viện Siêu Cao Tần_TTKHKTQS_BQP.

6. Bộ môn Viễn Thông_ĐHBK_TPHCM.

7. TTNCVL Polymer ĐHBK_TPHCM.

8. Các bộ môn và trung tâm thuộc khoa CNVL_ĐHBK_TPHCM.

















CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC CUẢ ĐỀ TÀI


1- Báo cáo tổng kết đề tài
2- Luận án tốt nghiệp của sinh viên: Trần Minh Tâm “ Nghiên cứu vật

liệu hấp thụ RADAR trên cơ sở cao su neoprene” TP HCM 2006.
3- Luận án cao học : Nguyễn Đình Trung “ ảnh hưởng của hàm lượng bột
hấp thụ và hàm lượng cao su neoprene đến độ hấp thụ và cơ tính của
vải hấp thụ RADAR”. TP HCM 2006.
4- Báo cáo khoa học nhân kỷ niệm 50 năm thành lập Trường ĐHBK Hà
Nội . Nguyễn Văn Dán – Hoàng đình Chiến. “ Sự phản xạ và chống
phản xạ sóng điện từ “. HN 10/2006.



I

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ VẬT LIỆU HẤP THỤ RADAR.

CHƯƠNG 1 11

SÓNG ĐIỆN TỪ

1.1 KHÁI NIỆM VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ 11
1.2 CẤU TẠO VÙNG NĂNG LƯNG ĐIỆN TỬ CỦA CHẤT RẮN 13
1.3 TƯƠNG TÁC CUẢ SÓNG ĐIỆN TỪ VỚI VẬT RẮN 16
1 4 THIÉT KẾ TỔNG THỂ CÁC HỆ VẬT LIỆU HẤP THỤ
VÀ CHỐNG PHẢN XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ. 39

CHƯƠNG 2 41

RADAR VÀ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG RADAR
2.1 RADAR 41
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của các loại radar. 41
2.1.2 Một số hệ thống radar 45
2.2 PHÁT HIỆN MỤC TIÊU BẰNG RADAR 46
2.2.1 Phương trình radar _ khoảng cách cực đại phát hiện mục tiêu 46
2.2.2 Đo độ hấp thụ sóng radar của vật liệu 50
2.3 VẬT LIỆU HẤP THỤ RADAR 56



II
2.3.1 Nguy trang radar 56
2.3.2 Các hiệu ứng chống phản xạ RADAR 59
2.3.3 Các hiệu ứng hấp thụ radar 60
2.3.4 Hàm phản xạ radar của vật liệu 66


PHẦN II 73

THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 3 74

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP
THỤ SÓNG RADAR VỚI MÀU SẮC NG TRANG KHÁC NHAU

3.1 THIẾT KẾ TỔNG THỂ 74

3.1.1 Yêu cầu đối với vật liệu ngụy trang RADAR màu sắc khác nhau 74
3.1.2 Thiết kế tổng thể các hệ vật liệu ngụy trang hấp thụ
và chống phản xạ sóng RADAR màu sắc khác nhau 77
3.2 CHẾ TẠO MẪU 80
3.2.1 Nguyên vật liệu ban đầu 80
3.2.2 Chế tạo sơn keo hấp thụ. 89
3.2.3 Chế tạo hạt hấp thụ 95
3.2.4Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ RADAR màu sắc khác nhau 97
3.2.4.1 – RAMs vải ngụy trang màu sắc khác nhau 97
3.2.4.2 - RAMs lớp phủ trên kim loại màu sắc khác nhau. 108
3.2.4.3 – RAMs kết cấu ngụy trang màu sắc khác nhau. 116




III
3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 123
3.3.1 Khảo sát độ bền màu của các RAMs 123
3.3.2 Đo độ hấp thụ, phản xạ và suy hao RADAR của RAMs. 124
3.3.3 Các phương pháp thử cơ tính. 125
3.3.4 Phương pháp thử ảnh hưởng của môi trường
đến cơ tính và độ hấp thụ radar 125
3.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4.1 Khảo sát sự bền màu của lớp phủ ng trang. 127
3.4.2 nh hưởng của hàm lượng hạt hấp thụ và lớp phủ
ng trang đến độ hấp thụ RADAR của RAMs 133
3.4.3 Cơ tính của RAMs 138
3.4.4 nh hưởng của thời tiết, bức xạ mặt trời và môi trường
nước biển đến cơ tính và độ hấp thụ của RAMs. 140
3.5 KẾT LUẬN 143

CHƯƠNG 4 145
THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG

4.1- PHƯƠNG ÁN THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 145
4.2 – MẪU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 146
4.3-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 147
4.4- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 148
4.4.1- Độ bền màu 148
4.4.2 Độ hấp thụ của RAMs sau khi thử hiện trường 150
4.4.3- Cơ tính của RAMs sau khi thử hiện trường. 151
4.5 – KẾT LUẬN VỀ THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 153



IV

CHƯƠNG 5 154
HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RAMs NGỤY TRANG

5.1- HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RAMs KẾT CẤU
NGỤY TRANG 154
5.1.1 – Mục đích yêu cầu 154
5.1.2- Giải pháp hoàn thiện 154
5.1.2.1- n đònh nguồn nguyên vật liệu ban đầu 156
5.1.2.2- Hoàn thiện công nghệ chế tạo RAMs kết cấu 159
5.2 HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RAMs NGỤY TRANG
TRÊN KIM LOẠI
5.2.1 – Mục đích yêu cầu 164
5.2.2 - Giải pháp hoàn thiện 164

5.2.2.1 - n đònh nguồn nguyên vật liệu ban đầu 165
5.2.2.2- Hoàn thiện công nghệ chế tạo RAMs ng trang
phủ trên kim loại 165
5.3- ĐO CÁC TÍNH CHẤT SAU KHI HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ 169
5.4- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 169
5.4.1- Độ hấp thụ của các RAMs 169
5.4.2- Cơ tính của RAMs 170
5.5- KẾT LUẬN 172





V
PHẦN III 174
KẾT LUẬN
A- Những kết luận về nghiên cứu vật liệu ng trang RADAR 175
1- Về bản chất của sự ng trang RADAR. 175
2- Về nghiên cứu chế tạo vật liệu ng trang RADAR. 175
B- Những đề xuất và kiến nghò 177
TÀI LIỆU THAM KHẢO 178
PHỤ LỤC 181

1

MỞ ĐẦU

1- Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp thụ RADAR ở nước ngoài.
Vấn đề nghiên cứu vật liệu hấp thụ RADAR ( RAMs )nhận được sự quan tâm
lớn trong lónh vực khoa học kỹ thuật quân sự thế giới và ở VN. Sự dò tìm và
phát hiện các mục tiêu bằng RADAR là kỹ thuật quan trọng nhất . Nó cho
phép phát hiện mục tiêu từ những khoảng cách xa hàng trăm kilomét với dộ
chính xác cao. Vấn đề “tàng hình “ các mục tiêu trước sự dò tìm của RADAR
trở nên đặc biệt quan trọng .Trong chiến tranh công nghệ cao các mục tiêu sẽ
bò tiêu diệt ngay từ trận đầu nếu chúng không được ngụy trang . Vì thế những
loại vật liệu ngụy trang nói chung và vật liệu ngụy trang RADAR nói riêng
được ưu tiên nghiên cứu triển khai .Những loại vật liệâu ngụy trang này được
phủ lên trang thiết bò quân sự ( máy bay, tàu chiến , xe tăng…) hoặc dưới dạng
vật liệu mềm che phủ lên mục tiêu ( các loại vải, tấm phủ ngụy trang, kết cấu
che phủ…) .
Vật liệu ngụy trang nói chung và RAMs nói riêng được nghiên cứu phát triển
trên cơ sở lý thuyết tương tác của sóng điện từ ( SĐT )với vật rắn. Tuy nhiên
những vấn đề cụ thể về cả lý thuyết và công nghệ chế tạo đều được công bố
rất hạn chế trên các tạp chí và patent quốc tế . Tất cả các patent công bố có thể
có được bằng các con đường khác nhau đều không áp dụng được tại VN hoặc
không đạt được các tính năng kỹ thuật cho ngụy trang . Cơ sở lý thuyết hấp thụ
SĐT ( HTSĐT ) dựa trên tổn thất điện từ do trở kháng của vật liệu. Điều này
về nguyên lý hoàn toàn đúng tuy nhiên có lẽ còn quá chung chung .



2
Dưới đây là một số thông tin về tình hình nghiên cứu RAMs của một số

nước trên thế giới [1,2,3].
Các RAM được chế tạo dưới dạng tấm, cuộn, ngói, sơn. Phần lớn các RAM
là composite trên cơ sở các sợi, nền xốp, tổ ong có phủ liên kết, nhúng, tẩm
keo hoặc sơn hấp phụ sóng radar.
CHDCND Triều Tiên chế tạo các RAM dưới dạng tấm, cuộn, ngói,
composite trên cơ sở cao su, polyme và các tác nhân trên cơ sở bột dẫn điện
Fe, Al, Ni và các loại vật liệu từ khác nhau. Độ hấp thụ radar dải X, S, C vào
khoảng – 15 DB. RAMs cho dải X dày 2 mm, nặng 3 kg/m
2
. RAMs hấp thụ
đồng thời hai dải X-S, dày 6 mm, nặng 14kg/ m
2
. RAMs hấp thụ đồng thời hai
dải X-S-C-Ku có dạng hình chóp, dày 35 mm, nặng 25kg/ m
2
.
Hàn Quốc chế tạo các RAM dưới dạng tấm, past, block và ngói trên cơ sở
cao su, polyme dẫn điện và các tác nhân hấp thụ điện từ. Các tấm panel hấp
thụ radar, các tấm lợp kho tàng, các loại lớp phủ trên bến bãi, công trình quân
sự cũng như các phòng không phản xạ sóng điện từ đã được chế tạo cho các
công trình quân sự và dân sự. Độ hấp thụ dải X,S,C và Ku cũng vào khoảng –
15 DB. Theo thông báo chào hàng của công ty CONY Electronic. Co. LTD Hàn
Quốc, họ có các RAMs hấp thụ dải X dày 1,2mm trong khi đó của Mỹ là
2,5mm và của Nhật là 2,39 mm.
Hungary chế tạo RAM vừa có tính năng hấp thụ radar vừa hấp thụ hồng
ngoại. RAM của Hungary bao gồm nhiều lớp sơn phủ trên các kết cấu hoặc vật
liệu nền có cấu trúc tổ ong xốp, rỗng…Ngoài ra còn có các tính chất như độ suy
hao tối đa là –13,00DB (94%), chốâng hồng ngoại nhiệt với hệ số phát xạ là
0,35.

3
Ixrael chế tạo các RAM dưới dạng composite bao gồm nền tổ ong sơn hấp
thụ radar và hồng ngoại. Composite này có độ suy hao trên sóng radar là –
15DB (97%)và độ phát xạ từ 0,4 đến 0,9 tùy môi trường cần ngụy trang. Thông
báo cho biết các xe tăng của Ixrael sơn phủ ngụy trang giảm được 40 -50% bức
xạ hồng ngoại và giảm tầm phát hiện xuống 50%.
Mẫu máy bay F-117 của Mỹ bò bắn hạ ở Nam Tư có cấu trúc dạng tổ ong
với chiều dầy khoảng 4cm trên cơ sở vật liệu hấp thụ điện từ. Đương nhiên là
nước chế tạo máy bay, Mỹ chủ động thiết kế các mặt tán xạ radar cho máy bay
ném bom B2 kết hợp với sơn phủ hấp thụ, mức suy hao đạt được là -
20DB(99%).
Các mẫu RAM của Nga thấy được dưới dạng lá cây, dải băng, trên cơ sở
vật liệu hấp thụ điện từ, nhưng không có các thông số hấp thụ radar và hồng
ngoại.
Công nghệ chế tạo RAMs không được tiết lộ và phổ biến. Giá cả theo
thông tin chào hàng của công ty Chang Kwuang - CHDCND Triều Tiên là 1200
USD/m
2
tấm mẫu và 30 USD/1kg sơn.
2- Tình hình nghiên cứu RAMs ở trong nước
Để chủ động phòng tránh đánh trả chiến tranh công nghệ cao, hiện tại ở VN có
một số đề tài nghiên cứu về RAMs trong và ngoài quân đội .Theo thông tin từ
phòng KHCN & MT Hải Quân thì độ hấp thụ do nhóm đề tài thuộc quân đội
nghiên cứu chỉ đạt được 20–30 %.

4
3- Những kết quả nghiên cứu đã đạt được về vật liệu nguỵ trang
RADAR của nhóm đề tài ĐHBK TP HCM

Như trên đã trình bày vấn đề nghiên cứu RAMs là rất cần thiết đối với các
nước trên thế giới và cả với VN. Đối với VN lại càng quan trọng về cả hai
phương diện : kinh tế và chiến thuật . Chúng ta chưa chế tạo được vũ khí hiện
đại nên việc bảo toàn lực lượng cho đòn quyết đònh là rất quan trọng. Mặt khác
trong chiến tranh giữ nước của VN thì chiến thuật phục kích ,bí mật – bất ngờ
đượ áp dụng rất hiệu quả . Nghiên cứu vật liệu hấp thụ RADAR (RAMs) là phù
hợp với cách đánh truyền thống của chúng ta. Tuy nhiên để nghiên cứu vật liệu
hấp thụ RADAR trong điều kiện ít thông tin là rất khó khăn buộc chúng tôi
phải đi từ những nghiên cứu đònh hướng về lý thuyết hấp thụ và chống phản xạ
SĐT của vật liệu sau đó mới nghiên cứu công nghệ chế tạo chúng. Có một số
câu hỏi và khó khăn khi triển khai nghiên cứu vật liệu HTSĐT được đặt ra :
- Ngoài nguyên nhân tổn thất điện từ do trở kháng của vật liệu thì còn
nguyên nhân nào khác không, bản chất của sự ng trang là gì?
- Những vấn đề về công nghệ chế tạo RAMs.
Nghiên cứu RAMs tại ĐHBK.TP HCM đã tiến hành từ 1997 tới nay và đã trải
qua 03 đề tài:
- Đề tài cấp trường ĐHBK.TP HCM 1997 – 1999 “ Nghiên cứu các hệ vật liệu
hấp thụ và chống phản xạ sóng điện từ “ đã nghiệm thu đạt loại xuất sắc [4].
Đề tài này được tiến hành nhằm mục đích : Nghiên cứu bản chất tương tác và
các hiệu ứng hấp thụ sóng điện từ nói chung và sóng radar nói riêng của vật
liệu. Nghiên cứu này cho phép hiểu về bản chất sự hấp thụ và có thể thiết kế

5
tổng thể một loại vật liệu hấp thụ RADAR nói riêng và hấp thụ SĐT nói
chung.
- Đề tài cấp bộ giáo dục đào tạo 2000 – 2001 “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu
hấp thụ sóng RADAR – vật liệu ng trang “đã nghiệm thu đạt loại xuất sắc
[5]. Đề tài này được tiến hành nhằm mục đích : nghiên cứu chế tạo các hỗn
hợp bột hấp thụ và vật liệu hấp thụ RADAR.
- Đề tài cấp sở KHCN TP HCM 2004- 2005 “Nghiên cứu và triển khai ứng
dụng một số hệ vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên một số dải tần RADAR , tia
X và tia
γ
” đã nghiệm thu đạt loại xuất sắc [6]. Đề tài này đã được tiến hành
và đạt một số kết quả quan trọng như sau :
+ Nghiên cứu và chế tạo một số loại vật liệu hấp thụ radar đồng thời trên hai
dải X (10 GHz) và S ( 3GHz ) có độ hấp thụ từ 94-96%.
• Vải hấp thụ trên cơ sở vải bạt và sơn hấp thụ cao su.
• Lớp phủ hấp thụ trên kim loại trên cơ sở sơn hấp thụ Epoxy.
• RAMs dạng tháp trên cơ sở mút xốp và sơn hấp thụ cao su.
+ Kết hợp cùng Bộ Tư Lệnh Hải Quân tiến hành thử nghiệm hiện trường trên
biển Vũng Tàu (4/2005 ) trên đồng thời hai dải sóng X và S cho các mẫu phủ
hấp thụ do đề tài chế tạo. Kết qủa cho thấy tầm phát hiện mục tiêu đối với các
mẫu phủ hấp thụ đã giảm được hơn một nửa so với mẫu không phủ hấp thụ ,
tương đương với độ hấp thụ là 94 - 96%. Một số hình ảnh của cuộc thử nghiệm
hiện trường trên biển Vũng Tàu cho trên hình .

6
a/ Tàu HQ 626 đang thả phao b/ Phao trên biển

c/ Dàn 5 phao trên biển d/ RADAR trên núi Vũng Tàu

Hình : một số hình ảnh của cuộc thử nghiệm hiện trường.

+ Chế tạo và triển khai ứng dụng phòng hấp thụ SĐT đa công dụng:Trên cơ sở
vật liệu hấp thụ RADAR và đồng thời cũng là vật liệu hấp thụ tia X và tia
gama đã chế tạo thành công phòng cách ly điện từ và phòng chống bức xạ tia
X . Kết quả đã được triển khai thành công vào việc chế tạo phòng chụp tia X
tại phòng khám đa khoa Hoa sen số 22 Lê Thánh Tôn ( Nhật Bản ) và tủ hút
chống phóng xạ của khoa Y học hạt nhân, bệnh viện 175, BQP.Một số hình
ảnh triển khai lắp đặt và kiểm tra ATBX phòng chụp tia X cơ sở Hoa Sen cho
trên hình .





7


a/ Phòng chụp tia X – Hoa Sen ( Nhật Bản ) b/ Đo liều bức xạ

Hình : Một số hình ảnh triển khai lắp đặt và kiểm tra ATBX tại phòng khám đa
khoa Hoa Sen của Nhật tại 22 Lê Thánh Tôn - Quận I TP HCM

4-
Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo các ý kiến đóng góp trong biên bản nghiệm thu đề tài “Nghiên
cứu và triển khai ứng dụng một số hệ vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên một số
dải tần radar, tia X và tia
γ
” theo hợp đồng số 50/HĐ – SKHCN diễn ra vào
ngày 7/06/2005 tại TTCGCNM số 3 đường 3-2 TP HCM, đề tài cần bước hoàn
thiện sản phẩm trước khi triển khai dự án P như hoàn thiện về công nghệ chế
tạo RAMs, về màu sắc ng trang….Đó chính là lý do tiếp tục nghiên cứu
đề tài
“Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu hấp thụ sóng radar dải tần
X và S”.
Những nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và màu sắc ngụy trang được tiến hành
trên cơ sở phiếu yêu cầu về tính chất và sự ng trang của Bộ Tư Lệnh Hải
Quân.



8
Những vấn đề cần được nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện các nghiên cứu
về màu sắc ngụy trang và công nghệ chế tạo RAMs bao gồm:
- Nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu sơn phủ hấp thụ có mầu sắc khác nhau.
Trong đề tài trước các RAMs mới chỉ có một màu xám đen trong khi đó yêu
cầu trong kỹ thuật tàng hình với các mầu sắc rất đa dạng và được bố trí xen kẽ
nhau.Trong đề tài này sẽ nghiên cứu chế tạo các loại sơn hấp thụ màu xám
đen, lá cây già, lá cây non, màu nước biển và màu đất.
- Nghiên cứu chế tạo RAMs với các màu sắc ng trang khác nhau. Đây là
bước hoàn thiện sản phẩm cho phù hợp với yêu cầu thực tế của môi trường

ng trang. Những môi trường ng trang thông thường có màu sắc khác nhau
như màu đen, xanh lá cây non, xanh lá cây già, màu nước biển, màu đất xám,
đất đỏ, màu cát hoặc màu loang lổ kết hợp của các màu trên. Trong đề tài này
sẽ nghiên cứu chế tạo loại RAMs có màu ng trang trên cơ sở các sơn hấp thụ
màu xám đen, lá cây già, lá cây non và màu đất.
- nh hưởng của các tác nhân như môi trường nước biển và bức xạ mặt trời
đến độ hấp thụ radar và cơ tính của RAMs. Những nghiên cứu này được tiến
hành thí nghiệm trong các buồng gia tốc trong phòng thí nghiệm TCQG như
thiết bò phun sương muối và Solar box .
- Nghiên cứu ổn đònh quy trình chế tạo RAMs. Đây là bước quan trọng nhất
trước khi đưa RAMs vào ứng dụng thực tế . Quy trình công nghệ phải bảo đảm
sản phẩm RAMs trong sản xuất loạt nhỏ hay loạt lớn đều có chất lượng không
khác biệt nhau nhiều về các chỉ tiêu tính chất.
- Phơi mẫu trên hiện trường sau đó kiểm tra độ hấp thụ radar và cơ tính của
RAMs. Đây là một nội dung quan trọng nhằm khẳng đònh khả năng làm việc
thực tế của RAMs . Nghiên cứu này đã được tiến hành trong đề tài trước từ



9
năm 2000 – 2005 tuy nhiên điều kiện môi trường là trên sân phơi tại TP HCM.
Trong đề tài này hiện trường dự kiếân triển khai sẽ là một sân phơi mẫu trên tàu
Hải Quân quanh năm hoạt động trên môi trường biển, mưa, nắng… .

10










PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ
VÀ VẬT LIỆU HẤP THỤ
RADAR














11

CHƯƠNG 1
SÓNG ĐIỆN TỪ
[7,8,9,10,11,12]

1.1 KHÁI NIỆM VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ
Theo quan niệm cổ điển, bức xạ điện từ được xem như là sóng gồm hai
thành phần điện trường và từ trường vuông góc với nhau và với cả phương
truyền (hình 1-1). Ánh sáng, nhiệt (hay năng lượng bức xạ), sóng ra, sóng

radio, tia Rontgen, tất cả đều là những dạng bức xạ điện từ. Mỗi một dạng
được đặc trưng trước tiên bởi một phạm vi đặc thù của bước sóng và kỹ thuật
tạo ra nó. Phổ của bức xạ điện từ trải rộng từ tia
γ
(do các chất phóng xạ phát
ra) có bước sóng cỡ 10
-12
m(10
-3
nm), qua tia Rontgen, tia tử ngoại, ánh sáng
nhìn thấy, tia hồng ngoại và cuối cùng tới sóng radio (sóng vô tuyến điện) với
bước sóng dài tới 10
-5
m. Phổ này được cho trên (hình 1-1) theo thang loga.

Hình1-1: Sóng điện từ với các thành phần điện trường
ε
, từ trường H và bước sóng
λ




12
Ánh sáng nhìn thấy nằm trong một vùng hẹp của phổ với bước sóng từ 0,4
m
µ
(4.10
-7
m) đến 0,7 m

µ
. Màu sắc cảm nhận được là do bước sóng xác đònh. Ví
dụ, bức xạ có bước sóng cỡ 0,4
m
µ
hiện màu tím. Ánh sáng trắng đơn giản là
hỗn hợp của tất cả các màu sắc. Phần này chủ yếu trình bày các vấn đề có liên
quan đến các bức xạ nhìn thấy, theo đònh nghóa chỉ là những bức xạ mà mắt ta
nhạy cảm được.
Tất cả các bức xạ điện từ đều truyền qua chân không với cùng một tốc độ
bằng tốc độ ánh sáng (C=3.10
8
m/s). Tốc độ này liên hệ với hằng số điện môi
0
ε
và độ thẩm từ của chân không
0
µ
bởi hệ thức:

00
/1
µε
=C (1.1)
Hơn nữa tần số
ν
và bước sóng
λ
của bức xạ điện từ đều là hàm số của tốc
độ C theo hệ thức:

λ
ν
=
C (1. 2)
Năng lượng sóng điện từ được tính theo công thức
∫∫
+=+=
VV
dVBHEDdVHEW )(
2
1
)
2
1
2
1
(
2
1
2
0
2
0
µµεε
(1. 3)
Trong đó
ε
là hằng số điện môi và
µ

là độ thẩm từ của vật liệu.
B là cảm ứng từ và H là cường độ từ trường.
D là cảm ứng điện và E là cường độ điện trường.
Từ cơng thức này, ta thấy năng lượng của sóng điện từ bao gồm hai thành
phần đó là năng lượng của điện trường và năng lượng của từ trường trong
tồn bộ thể tích mà ta xét.



13
Nhiều khi thích hợp hơn là xem bức xạ điện từ theo quan điểm cơ học lượng
tử. Bức xạ điện từ không phải là các sóng mà là gồm các bó hay các nhóm
năng lượng được gọi là photon. Năng lượng E của một photon bò lượng tử hoá,
tức là chỉ có thể có những giá trò riêng quy đònh bởi hệ thức:

λ
/hChvE
=
=
(1. 4)
trong đó h – hằng số Planck, có giá trò 6,63.10
-34
J.s. Như vậy năng lượng phôton
tỷ lệ với tần số và tỷ lệ nghòch với bước sóng của bức xạ.
Khi mô tả những hiện tượng quang học liên quan đến tương tác giữa bức xạ
và chất thì sự lý giải thường thuận lợi hơn nếu xem xét bức xạ điện từ theo
quan điểm photon. Trong một số trường hợp khác thì quan niệm sóng lại thích
hợp hơn. Đôi khi lại sử dụng cả hai cách tiếp cận.
1.2 CẤU TẠO VÙNG NĂNG LƯNG ĐIỆN TỬ CỦA CHẤT RẮN

Một chất có thể xem như cấu tạo bởi một số lớn nguyên tử, được đưa vào
sắp xếp với nhau có trật tự trong một mạng tinh thể. Ở khoảng cách khá xa thì
mỗi nguyên tử là độc lập với nhau và có mức năng lượng và cấu hình điện tử
trong nguyên tử giống như nguyên tử đứng cô lập. Nhưng khi các nguyên tử
càng xích lại gần nhau thì các điện tử càng bò kích thích bởi các điện tử và hạt
nhân của nguyên tử khác lân cận. Ảnh hưởng này làm cho mỗi một trạng thái
điện tử trong nguyên tử
riêng biệt bò phân tách thành một loạt các trạng thái điện tử
nằm sát nhau hình thành nên một vùng năng lượng điện tử. Sự giãn (mở rộng)
từ một mức năng lượng điện tử trong nguyên tử thành một vùng năng lượng
trong vật rắn tùy thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử, sự giãn này bắt
đầu từ các điện tử ngoài cùng của nguyên tử bởi vì chúng bò nhiễu loạn trước
tiên khi các nguyên tử liên kết lại với nhau. Trong mỗi vùng, các
mức năng
lượng vẫn là gián đoạn. Ở
khoảng cách nguyên tử cân bằng, sự tạo thành



14
vùng năng lượng có thể xảy ra với các lớp điện tử ở gần hạt nhân nhất. Ngoài
ra, ở các vùng kế nhau có thể tồn tại những khe năng lượng (hay còn gọi là
những vùng cấm): Bình thường thì các điện tử không được phép chiếm lónh
những mức năng lượng nằm trong các khe này.
Các tính chất điện từ của vật rắn phụ thuộc vào cấu trúc vùng năng lượng
điện tử của nó, cụ thể là vào sự sắp xếp các vùng ngoài cùng và cách thức lấp
đầy chúng bởi các điện tử. Theo quan điểm này, vùng chứa các điện tử có năng
lượng cao nhất (hay các điện tử hóa trò) được gọi là vùng hóa trò. Còn vùng dẫn
sẽ là vùng có năng lượng cao hơn kề trên đó mà trong đa số các trường hợp, về
cơ bản là bỏ trống. Có thể có 4 kiểu cấu trúc vùng khác nhau:

Hình 1-2: Các cấu trúc vùng điện tử khác nhau có thể có trong các vật rắn ở
A-Vùng hóa trò đã được lấp đầy; A’ – Vùng hóa trò còn trống; B - khe vùng; C –
vùng dẫn còn trống; E
F
– năng lượng Fermi
- Ở loại thứ nhất (Hình 1-3a) vùng hóa trò chỉ mới lấp đầy một phần. Năng
lượng ứng với mức cao nhất nó bò chiếm, được gọi là năng lượng Fermi (E
F
).
Đây là cấu trúc điển hình cho kim loại.
- Ở loại cấu trúc vùng thứ hai (Hình 1-3b), cũng tìm thấy trong các kim loại,
vùng hóa trò bò lấp đầy và còn phủ lên cả vùng dẫn.
- Hai cấu trúc cuối cùng (Hình 1-3c, d), ở mỗi cấu trúc tất cả các trạng thái
trong vùng hóa trò đều bò điện tử chiếm hết. Tuy nhiên, ở đây không có sự dính



15
phủ với vùng dẫn còn trống, điều này tạo ra một khe năng lượng xen ở giữa gọi
là vùng cấm. Là cấu trúc đại diện cho bán dẫn và điện môi.
Phân chia vật rắn theo mức năng lượng
.
Chỉ có những có những điện tử ở mức năng lượng nào lớn hơn mức Fermi
thì mới chòu tác dụng và được gia tốc khi có mặt điện trường. Đây là những
điện tử tham gia vào quá trình dẫn điện, chúng được gọi là những điện tử tự do
.
a. Kim loại:
Để cho điện tử trở nên tự do, cần phải kích thích nó lên một trạng thái năng
lượng cho phép và còn trống ở trên E

F
. Đối với các kim loại có các cấu trúc
vùng như trên hình 1-4a hay 1-4b đã có sẵn các mức năng lượng trống nằm sát
kề ngay mức bò chiếm cao nhất tại E
F
. Do vậy, chỉ cần một năng lượng rất nhỏ
để đưa điện tử lên các trạng thái trống nằm dưới như nêu trên (hình
1-3).

Hình 1-3: Sự chiếm các trạng thái điện tử trong kim loại (a) trước và (b) sau kích
thích điện tử
b. Cách điện và bán dẫn:
Các chất cách điện và bán dẫn không có những trạng thái còn trống nằm kề
ngay bên trên của vùng hóa trò đã đầy. Do đó, để trở thành tự do, các điện tử
phải được nâng mức vượt qua khe vùng năng lượng, nhảy vào trạng thái còn
trống ở đáy vùng dẫn. Điều này chỉ có thể xảy ra bằng cách cấp cho điện tử



16
một năng lượng bằng hiệu năng lượng giữa hai trạng thái đó, xấp xỉ bằng năng
lượng khe E
g
. Thường năng lượng kích thích là từ nguồn phi điện như nhiệt
hoặc ánh sáng.



Hình 1-4 : Sự chiếm các trạng thái điện tử trong chất cách điện và chất bán dẫn (a)
trước và (b) sau một kích thích điện tử từ vùng hóa trò lên vùng dẫn

1.3 TƯƠNG TÁC CUẢ SÓNG ĐIỆN TỪ VỚI VẬT RẮN
Khi sóng điện từ đi từ môi trường này sang môi trường khác (chẳng hạn từ
không khí vào vật rắn) thì một số bức xạ điện từ có thể được truyền qua môi
trường, một phần bò hấp thụ và một phần bò phản xạ trên bề mặt phân cách
giữa hai môi trường. Cường độ I
0
của chùm bức xạ tới bề mặt môi trường rắn
phải bằng tổng cường độ của các chùm bức xạ truyền qua, hấp thụ và phản xạ
tương ứng là I
T
, I
A
, và I
R
, tức là:
I
0
= I
A
+ I
T
+ I
R
(1.5)

1
000
=++
I

I
I
I
I
I
RTA

A + T + R = 1 (1.6)