Carlos Alberto Reis de Freitas (1) Antonio Carlos Cunha Migliano (1) José Francisco Siqueira (2)

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1 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 1 CARACTERIZAÇÃO DO NÍVEL DE ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO EM REVESTIMENTOS PLANOS Á BASE DE FERRITAS ELETROMAGNÉTICAS Mn- Zn MEDIDAS POR GUIAS DE ONDAS NA FAIXA DE 8-12 GHZ Carlos Alberto Reis de Freitas (1) Antonio Carlos Cunha Migliano (1) José Francisco Siqueira (2) (1)- Instituto de Estudos Avançados -IEAv/ CTA Rodovia dos Tamoios Km 5,5 Bairro Torrão de Ouro São José dos Campos-SP-cep (2) Instituto de Aeronáutica e Espaço-IAE/CTA Seção de ensaios -AEL Pça Mal Eduardo Gomes 50 São José dos Campos-SP-cep Resumo: Neste trabalho apresentam-se características de absorção da radiação eletromagnética em revestimentos planos a base de ferritas Mn-Zn, com base de resina epóxi alifática. A medida de refletividade foi realizada na faixa de freqüência de 8 a 12 GHz, visando o estudo de características de absorção da radiação eletromagnética usando a técnica da cavidade ressonante. Palavras Chave: ferritas Mn-Zn, cavidade ressonante, absorvedores de microondas.

2 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 2 I-INTRODUÇÃO Os aspectos eletromagnéticos de projeto de um material absorvedor de radiação eletromagnética são localizados, principalmente, sobre sua síntese com o arranjo dos materiais dielétricos e magnéticos que proporcionam um perfil de impedância especificado para uma determinada onda eletromagnética incidente. Desta forma, a evolução da tecnologia de produção desses materiais absorvedores está relacionada com o estudo de materiais e exploração de técnicas para obtenção de revestimentos com qualidade de absorção da radiação eletromagnética para uma faixa mais ampla do espectro (1-6). II-PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO ADITIVO MN-ZN O processo de fabricação baseado na tecnologia do pó, utilizando a composição estequiométrica na Tabela I, do aditivo Mn-Zn consiste nas seguintes fases de acordo com a Figura 1. Logo após, a mistura é colocada em um moinho de bolas, com álcool ou acetona, durante um período de 48 horas, tendo então o produto final. Matéria prima: ZnO MgO Fe 2 O 3 Mistura do pó Resina Figura 1-Processo de fabricação

3 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 3 Tabela I Composição estequiométrica ZnO MnO Fe 2 O 3 25% 25% 50% III RESINA EPÓXI Os revestimentos absorvedores de única camada foram confeccionados com a mistura das amostras de ferritas com as resinas alifáticas da CIBA Performance Polymers Division Brasil. Basicamente, a matriz amorfa foi obtida com a mistura de resina flexibilizadora (GY 298), um diluente (DY3601), para controlar a dureza do sistema e garantir sua estabilidade com o tempo, e um agente de cura ou endurecedor (HY 840) conforme as formulações apresentadas na Tabela II. De acordo com a formulação da resina epóxi, será necessária a utilização da seguinte formulação conforme os dados da Tabela III. As misturas foram preparadas em fôrmas para confeccionar o corpo de prova com dimensões 2cmX3cmX4cm, a Figura 2. mostra o esquema de instrumentação a ser utilizada. Tabela II- Composição do adesivo Massa Hy 840 (g) Massa Dy 360 (g) Massa Gy 298 (g) 20% 33,5 % 46,5% Tabela III- Composição do corpo de prova Zn-Mn Ferrita Mn-Zn Adesivo 25 % 75%

4 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 4 IV-ENSAIOS DE MEDIDAS DE REFLETIVIDADES O objetivo é medir refletividade de uma camada de material aplicada sobre uma superfície metálica, comparando-se com a produzida por uma superfície limpa (referência). Sendo feito em guias de ondas retangulares operando no modo TE 1,0, 1 Figura 2 Esquema da instrumentação utilizando guias de ondas O método empregado na medição de absorção de microonda por parte do material é o da reflectometria em guias de ondas usando acoplamento direcional, o qual permite a varredura em freqüência dentro da faixa recomendada pelo fabricante. O guia de ondas é conveniente, já que se necessita apenas de amostras com as dimensões do guia, o que permite grande economia de material técnica de irradiação. A amostra de material é inserida no guia de onda conforme Figura 3.

5 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 5 Figura 3 Instrumentação para ensaio O principal dispositivo da montagem é o acoplador direcional de múltiplas fendas (faixa larga), que tem propriedade de separar sinais incidentes (sentido gerador-carga), do sinal refletido (sentido carga-gerador). Devido à propriedade deste dispositivo de acoplar energia para o guia secundário apenas na direção da onda incidente, com uma diretividade mínima de 40dB, é possível a realização de medidas de refletividade de amostras no interior do guia de ondas (6). O erro resultante da diretividade finita do acoplador é pequeno, e podendo ser desprezado, exceto em casos onde as reflexões sejam baixas (7). O gerador usado deve ter a função de varredura em freqüência, abrangendo a faixa desejada com um nivelamento interno, de modo que, o nível do sinal não se altere com a freqüência e com o tempo. Se o gerador empregado não possuir

6 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 6 atenuador eletrônico ou um atenuador muito preciso em ajuste de saída, é desejável que o atenuador colocado entre o adaptador e o acoplador direcional seja uma variável de precisão, pois, ao trocar-se uma amostra por outra, o nível de sinal deverá ser atenuado para evitar a exposição à radiação de microondas por parte dos operadores. Após a colocação de nova amostra no guia e da placa refletora, o nível de operação deve ser restabelecido. Na Figura 4 esta ilustrada a curva de absorção obtida pelo processo de medição. Figura 4- Curva de absorção do aditivo Mn-Zn

7 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 7 V- CONCLUSÕES Conforme ilustrado na Figura 4 conclui-se que as características de absorção seletiva de radiação eletromagnética no corpo de prova confeccionada à base de ferrita Mn-Zn têm nível de absorção médio, em torno de 10 db, na faixa de freqüência de 8 12 Ghz,. Tendo então, este valor equivalente a 98% de absorção da onda incidente, na freqüência de 12 GHZ. Porém, esta característica de absorção, que pode ser, ainda otimizada em função da porcentagem de volume do aditivo cerâmico Mn-Zn na composição do corpo de prova. Desta forma, foram estabelecidos parâmetros para otimizar a composição com objetivo de aumentar a eficiência de absorção, para melhorar o processo de fabricação de revestimentos utilizados como blindagem eletromagnética em aplicações aeroespaciais a base de ferrita Mn-Zn; e isto será observado em um próximo experimento. V-BIBLIOGRAFIA [1]Y. NAITO e K. SUETAKE. "Aplication of ferrite to electromagnetic wave absorbers its characteristics, IEEE Trans. MIT, vol 19,1,pp65-72, 1971 [2] KIM, S.S., S.B. JO, CHOI K.K., CHURM K.S.,"Complex permeability and permettivity and microwave absorption of ferrite-rubber composite in X-band frequencies" IEEE Trans. Mag, vol 27, pp ,1991. [3] CHIKAZUMI S., Physics of magnetism, John Wiley, New York 1964 [4] ALBERS-SCHOEMBERG, E. Ferrites for microwave circuits and digital computers. Journal of Application Physics v.25, p [5] STANDLEY, K.J.; PETERS, J. Ferromagnetic resonance in magnesiummanganese ferrite. Proceedings of the IEEE, v.104 B, 1957 p [6] SAKIOTIS, N.G.; CHAIT, H.N. Ferrites at microwaves. Proceedings of the. IRE, v.41, Jan p

8 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 8 [7] MIGLIANO, A. C. C., SILVA, F.S. et al., Caracterização experimental de tintas absorvedoras de radiação eletromagnética, In: 6 o CONGRESSO INTERNACIONAL DE TINTAS. 1999, São Paulo,.Anais... São Paulo, Vol. 2, setembro, pp Abstract In this work we present characteristics of electromagnetic radiation absorption in plane coatings made of Mn-Zn ferrites powder, in an epoxy resin matrix. The reflectivity measurements were made in the frequency range of 8 to 12 GHz using the resonant cavity technic. Keywords: ferrites Mn-Zn, resonant cavity, absorbers

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