雷达吸波材料反射系数的数值模拟

雷达吸波材料反射系数的影响因素繁多且作用机理复杂。在对反射系数计算公式理论分析的基础上,采用数值模拟方法分析了吸波材料的厚度、介电常数和磁导率对单层雷达吸波材料反射系数的影响,并进一步研究了双层吸波材料匹配层和损耗层材料类型和厚度的选择。研究表明,随着材料电磁参数的增大,反射衰减的最小值先减小后增大;材料的电磁参数与厚度的提高可改善吸波材料的低频性能,但较低的介电常数和厚度更利于展宽频带;在设计多层吸波材料时,需选择电磁参数较小的材料作匹配层,并对其厚度进行优化。     

单层吸波材料的逆向优化方法

根据单层吸波材料的吸收机理，提出了吸波材料电磁参数的逆向优化方法，并用该方法对单层吸波材料进行了分析设计，得到了电磁参数的最佳配合下吸波材料反射率的幅频特性，分析讨论了电磁参数的频散效应及厚度对吸波性能的影响。     

柔性Co2Z铁氧体基板对UHF-RFID标签天线抗金属特性的影响

针对UHF-RFID标签天线在金属环境下镜像电流产生的电磁场与入射波相消，导致天线谐振频点偏移而无法正常读取的问题，利用Co₂Z铁氧体在UHF频段高磁导率、低介电/磁损耗的特性，采用在柔性天线基板中填充Co₂Z铁氧体的方法设计抗金属天线。通过改变电磁场传播方向的方式以削减金属表面反射波与入射波的相消作用，进而减小天线回波S11参数吸收峰频率偏移。仿真结果表明：采用Co₂Z铁氧体作为天线柔性基板的填充材料，天线谐振频点移至904 MHz，并提升工作带宽至350 MHz，有效消除金属环境对天线的不利影响。     

基于加速遗传算法的多层微波吸收材料的优化设计

针对多层雷达吸波材料(RAM)需要满足吸收频带宽和厚度薄的优化目标,用加速遗传算法(AGA)建立了对电磁波的吸收达到特定的反射损耗值要求下多薄层吸波材料的优化设计方法.根据材料参数数据库,给出了在任意给定的频率范围内以及任意入射角下如何确定各层材料的种类和厚度的优化方法.成功地给出了在0.8~2 GHz频段以及2~8 GHz频段5层微波吸收涂层的优化设计结果,并对优化结果进行了评价,讨论了宽频带、强吸收、多薄层吸波材料的吸波特性与各层材料电磁参数的关系.     

表面层对Fe Si Al/聚氨酯复合物吸波体吸波性能的影响

用超声混合的方法制备Fe Si Al/聚氨酯复合物及Co_2Z/聚氨酯和Al/聚氨酯复合物,计算了不同厚度材料的吸波性能,并分析了|ε·μ|~(1/2)和|ε/μ|~(1/2)值对复合物吸波性能的影响;用不同|ε·μ|~(1/2)和|ε/μ|~(1/2)值的表面层与基底层(Fe Si Al/聚氨酯)结合的方式设计吸波体,调节基底层的吸波性能。结果表明,采用高|ε/μ|~(1/2)值的Al/聚氨酯复合物表面层可以有效地调节基底层的吸波性能。单纯的基底层在1 mm厚度下的反射损耗峰在16.6 GHz,强度为-10.9 d B;当添加一层0.1 mm厚的Al/聚氨酯表面层后,整个吸波体的反射损耗峰移向低频,匹配频率为13.5 GHz,强度增至-29.3 d B。     

基于氧化铝/羰基铁粉的复合贴片吸波与导热特性分析

分别以羰基铁粉和氧化铝粉作为功能填料、丁腈橡胶作为基材制备了系列复合吸波贴片,对样品的微观形貌、电磁参数以及热导率进行了测试表征,分析了羰基铁粉和氧化铝粉用量比例调整对复合贴片吸波与导热性能的影响.结果表明,随着羰基铁粉含量减小、氧化铝粉含量相应增大,复合贴片的复介电常数和复磁导率实部、虚部总体上均呈减小的趋势;反射损耗峰的位置移向高频,衰减系数均随频率的升高逐渐增大,同一频率下羰基铁粉含量越高的样品衰减系数越大;复合贴片的热导率呈先上升后下降的趋势;考察的样品均表现出宽带强吸收特性,样品热导率的相对较高值为～1.66 W/(m?K).通过两种填料的粒径和体积分数匹配设计进行界面特性优化,可有效调控复合贴片的电磁参数、减小界面热阻,实现对复合贴片吸波与导热性能的兼顾提升.     

多层宽带雷达吸波涂层吸波性能及损伤特性

以铁磁性粉体为吸收剂、聚氨酯为粘结剂,基于静电喷涂技术制备了具有优异吸波性能的雷达吸波涂层。结果表明,具有多层结构的雷达吸波涂层不仅可以在垂直入射条件下实现宽波段、高强度吸收,同时在斜入射条件下也具有极其优异的吸波性能。在入射角度为35°～70°范围时,其在厚度为1.2 mm时反射损耗峰在5～18 GHz范围内仍然可以达到-10 dB。特别的是,在入射角度为62°时,其反射损耗峰达到-50 dB,真正实现了宽波段、广角域、高强度吸收。此外,基于所设计和制备的多层铁磁性雷达吸波涂层,利用Ansoft HFSS搭建多层多界面仿真模型,结合有限积分法分析了典型损伤脱落对其吸波性能的影响,为后续开展多层铁磁性雷达吸波涂层维护与损伤评估提供理论指导。     

稀土元素La掺杂对Fe-Ni合金电磁性能及吸波性能的影响

以机械合金化方法制备了Fe-Ni和Fe-Ni-La软磁合金吸波材料,分析了球磨时间及稀土元素La掺杂对合金电磁性能及电磁波吸收性能的影响。结果表明,球磨90 h后,形成了具有片状形貌的Fe-Ni和Fe-Ni-La合金,合金电磁参数明显改善,吸波性能明显提高。添加稀土元素La后,合金电磁参数得到优化,复介电常数和复磁导率明显提高,介电损耗和磁损耗得到加强,吸收峰向低频移动。球磨90 h的Fe-Ni合金对电磁波最小反射率为-22 d B,匹配频率10 GHz,频宽2.6 GHz(8.7~11.3 GHz),掺杂稀土元素La后,Fe-Ni-La合金最小反射率为-16.1 d B,匹配频率7.4 GHz,频宽2.5 GHz(6.2~8.7 GHz)。     

片状羰基铁低频吸波性能的多因素参数调控

采用高能球磨法制备片状羰基铁,利用正交实验综合研究了球磨时间、原始粉粒径及羰基铁在基体中填充率对吸收峰频率的影响,并对吸收峰频率最低的实验组合研究了吸波剂厚度对吸收强度的影响,优化得到了吸收强度最大的吸波剂厚度,并最终得到具有最佳低频吸收性能的羰基铁-石蜡吸波材料及各项调控参数。结果表明:在设计参数范围内,各因素对吸收峰频率影响程度由大至小依次为:填充率、球磨时间及原始粒径;最佳低频吸波性能工艺参数确定为:球磨10 h、初始粒径6μm及45%填充率,当基体厚度为2.5 mm时,其反射率在2.3 GHz处达到最低值,为-43 dB。     

磁织构化处理对NiZn铁氧体基复合电波吸收材料吸波特性的影响

以NiZn铁氧体为主吸收剂,添加其他介质制成复合电波吸收材料,经垂直和平行磁场磁织构化处理后,在7.5~12GHz波段测试其吸波性能,发现样品的最大反射衰减量由原来的30.5dB分别增高到36.0dB和31.7dB,匹配厚度略增,面密度略降,吸收峰移向低频,10dB带宽略增.垂直和平行磁场织构化的双层结构,其吸波性能与单层相比有所改变.     

吸波材料吸波机制及吸波剂性能优劣评价方法

吸波材料已被广泛应用于民用领域的抗电磁干扰和国防领域的雷达波隐身。吸波材料通常由吸收剂和粘接剂复合而成,其吸波性能由复合材料的电磁参数和吸波材料的厚度共同决定。为了提高吸波材料的吸波性能,近年来不同类型的吸收剂,包括磁性铁氧体颗粒、磁性金属颗粒、碳材料、磁性颗粒/碳材料复合物得到广泛研究,但吸波材料在"薄、轻、宽、强"综合目标的实现上却进展不大,其主要原因是研究者在有关吸波材料的吸波机制及吸收剂性能优劣的评价标准上没有达成科学共识。本文介绍了吸波材料随厚度变化的吸波特征,根据最近的实验和计算结果阐明了吸波材料的吸波机制,基于吸波机制提出了吸收剂性能优劣的评价方法。期望通过对吸波材料吸波机制以及吸收剂性能优劣评价方法的讨论,促进吸波材料的研究和应用取得实质进展。     

X波段30 dB吸收的吸波体结构

提出了一种基于介质阻抗变换宽带强吸收的电路模拟吸波体结构,该结构由双层吸波峰窝、介质和单层方环形电阻膜组成。吸波蜂窝作为六边形柱体芳纶纸蜂窝浸渍导电炭黑的复合材料,采用波导法测量了8~18 GHz的等效电磁参数。基于等效电路法分析了该吸波结构的匹配机理,应用多层介质/吸波蜂窝能实现宽带多阶阻抗匹配。采用路仿真技术,进行等效电路参数优化,并选取对应吸波结构参数。路仿真技术和全波仿真的结果保持一致,由此得出了一种快速的优化仿真设计方法。在入射角为0°~20°的范围内,基本实现了X波段双极化的30 dB吸收,且在入射角50°范围内,基本实现了8~18 GHz的10 dB吸收性能。该吸波体结构具有宽带强吸收性能,和优良的机械强度。     

漂珠/钡铁氧体复合材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法在漂珠表面包覆钡铁氧体颗粒涂层,制备了漂珠/钡铁氧体复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)及矢量网络分析仪等表征手段,研究了样品的显微形貌、结构、磁性能及吸波性能。结果表明,包覆后漂珠表面形成了均匀致密的钡铁氧体涂层,经850℃高温热处理2h后产生了钡铁氧体的晶相物质。制备的复合材料在2～18 GHz范围内具有较好的介电损耗和磁损耗性能,当吸波材料厚度为3.0 mm时,在8.4 GHz的反射损耗峰值为–15.44 dB,反射损耗小于–12 dB的带宽为4.2 GHz。     

阻抗型频率选择表面电磁吸波结构的设计及测量

以传统Salisbury屏电磁吸波结构为基础,引入阻抗型频率选择表面(Frequency Selective Surfaces)对其进行了改进设计,采用等效电路模型法和电磁全波仿真对吸波结构的吸波性能进行计算和优化,改善吸波结构的吸收性能。用电子束蒸发镀膜法制备了基于铁/二氧化硅多层薄膜的频率选择表面结构,并以此为基础构建了新的吸波结构,平板反射率测量结果与仿真相吻合,显示引入频率选择表面能够有效减小吸波结构厚度,并能够拓展工作频带、提升吸波性能。     

Nd3+掺杂对尖晶石型镍铁氧体吸波性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Nd3+掺杂尖晶石型NiNdx Fe2-x O4镍铁氧体,借助同步热分析仪、X射线衍射仪、矢量网络分析仪对产物的结构及电磁参数进行了测试分析。通过匹配解析图求得样品最佳匹配厚度和最佳匹配频率,同时利用传输线理论计算了最佳条件下样品的吸波性能。结果表明,生成镍铁氧体的处理温度不能低于1000℃,且当Nd3+掺杂量降到x=0.04时,生成纯净的Nd3+掺杂镍铁氧体粉末。Nd3+掺杂量的变化对镍铁氧体的电磁参数及吸波性能有较大影响,随Nd3+掺杂量减小,样品的匹配厚度及最小反射率峰值呈现逐渐减小的趋势,吸收峰向高频移动。当x=0.02时,最小反射率达-47dB,小于-10dB频宽达到4.5GHz。     

基于开口谐振环的三层高效电小天线设计

为提高电小天线的辐射效率，提出一款基于开口谐振环结构的3层小型化环形天线。天线的3层结构分为中间的馈电层和两侧的耦合层，采用电磁耦合方法实现激励。在馈电层设计了一种倒“山”形匹配网络，弥补了传统耦合馈电SRR天线存在部分反向电流的缺陷；通过加载耦合环结构实现强磁耦合，降低天线的金属损耗；在耦合层与馈电层间设计支柱固定的空气间隙，有效地降低介质损耗，从而提高辐射效率。采用电磁仿真软件对天线进行设计，并分析了介质基板对天线性能的影响。对设计的天线进行了实物研制与测试。结果表明，实测结果与仿真结果基本吻合，天线的中心频率为50.03 MHz,电尺寸为0.045λ₀×0.045λ₀×0.01λ₀(λ₀为工作波长),其在水平面内具有良好的全向性，辐射效率大于41%。     

Fe50Ni50/甲基丙烯酸甲酯复合物的电磁参数与吸波特性

用高能球磨制备Fe50Ni50片状颗粒,然后用化学方法对Fe50Ni50表面进行甲基丙烯酸甲酯包覆,并把多余的有机物作为黏合剂制备环形样品。分别用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品形貌和结构进行分析;用热重分析仪和振动样品磁强计确定复合物的Fe50Ni50质量分数;用矢量网络分析仪测量样品的高频电磁参数。结果表明,具有平面各向异性的Fe50Ni50能显著提高起始磁导率和自然共振频率的乘积,并能突破Snoek极限。另外,对复合物高频吸波性能的计算表明,在S波段得到了复合物的最佳吸波参数,其中最佳匹配厚度为4.3 mm,最佳吸波频率为2.2 GHz,吸收峰强为-56 dB。     

体积浓度对(Al_8Mn_5)_(95)Ni_5微粉/石蜡复合材料的微波吸收特性的影响

采用真空悬浮熔炼和高能球磨工艺制备(Al8Mn5)95Ni5微粉,并与石蜡按不同体积浓度制成复合材料,采用网络矢量分析仪研究(Al8Mn5)95Ni5微粉体积浓度对复合材料微波吸收特性的影响。结果表明:随着(Al8Mn5)95Ni5微粉体积浓度的增加,复合材料的ε″共振峰频率、μ″共振峰频率和反射损耗峰频率均向低频方向移动;涂层厚度为1.5 mm时,(Al8Mn5)95Ni5微粉体积浓度为30%的复合材料具有最小的反射损耗峰值(约为-34.98 d B)和很好的频宽效果;增加复合材料中(Al8Mn5)95Ni5微粉体积浓度,被吸波涂层表面反射回去的电磁波会增多。     

空心微珠表面BaFe_9(Ni_(0.5)Cu_(0.5)Zr)_(3/2)O_(19)包覆层的制备及电磁性能

采用溶胶-凝胶法在空心微珠表面制备出BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19铁氧体颗粒包覆层。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行分析表征。将这种复合材料与石蜡均匀混合,压制成内径3mm、外径7mm的圆环形试样。用矢量网络分析仪测其复电磁参数,计算并分析了它的电磁性能。结果表明:与溶胶-凝胶法制备的BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19单相材料相比,它们的介电损耗角正切、磁损耗角正切在不同的频段有不同的表现形式。吸波材料厚度为3mm时,空心微珠表面包覆BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19样品在10.8～18GHz频率范围内吸波性能要优于BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19的吸波性能。     

蜂窝结构吸波材料的等效电磁参数

为简化计算,在分析蜂窝周期结构电磁场问题时用到一个叫做"均质化"的方法,通过均质化理论推导出蜂窝吸波材料等效电磁参数的近似计算公式。这些表达式可用来计算具有几何周期结构的蜂窝材料的等效介电常数、磁导率以及反射系数。计算结果表明,蜂窝结构的等效介电常数和等效磁导率均小于基体材料的介电常数和磁导率。对于轴向厚度(区别于蜂窝壁厚度)不同的蜂窝材料,存在一个最优的基体材料占空比值,使得吸收层整体的反射率最小,这些结果对于蜂窝结构的设计具有一定意义。