多层吸波材料的数值优化设计

在多层的复合吸波材料研究中，为达到薄、轻、宽等设计要求，通常需要采取有效的优化设计。本文基于各层的电磁参数的实测值，构造了合理的目标函数，再用计算机数值计算方法对各层的厚度和整体材料的吸波性能进行优化，从而提高了材料的研究效率。用这种方法指导制备出的多层结构型吸波材料在8-18GHz内反射率均低于-10dB。     

基于熔融沉积成型的多层石墨烯吸波体的快速制备及其性能

在制备石墨烯/聚乳酸(PLA)复合材料的基础上,利用熔融沉积成型技术快速制备了单层均质样件,研究了石墨烯含量对其电磁参数的影响规律,并基于传输线理论计算分析了其吸波效果;选择石墨烯含量较低的复合材料作为透波层的打印材料,石墨烯含量较高的复合线材作为吸收层和再次吸收层的打印材料,并基于四分之一波长匹配理论确定了吸收层、再次吸收层的匹配厚度范围。设计制造了由不同石墨烯/PLA复合材料组合而成的三层吸波体,测试结果表明:三层吸波体的吸波效果远优于单层均质吸波体,且当选取石墨烯质量分数分别为5%、7%、8%的复合材料作为透波层、吸收层和再次吸收层打印材料时,可以获得最佳的吸收效果,此吸波体在13.3~18GHz频段内的反射率均小于-10dB,在17GHz时有-30dB的最大吸收峰值。     

薄型宽频带复合吸波结构设计

本文设计了一种薄型宽带电阻膜-电磁带隙(Electromagnetic Band-gap,EBG)复合吸波结构。该吸波体由多层电阻膜片和双层EBG结构组成,采用有限元算法对该吸波结构的电磁吸波特性进行了数值仿真分析。仿真结果表明:电阻膜-EBG复合吸波结构,厚度为14.3mm,在1GHz-4GHz平均反射率为-8.8dB,4GHz-16GHz平均反射率为-11.3dB,且具有较好的角域特性。     

频率选择表面谐振特性在吸波材料中的应用

利用等效电路法(ECM)及时域有限差分(FDTD)算法分析了频率选择表面(FSS)在2.0～18.0GHz的传输特性,并进行自由空间法测试;同时对含FSS复合吸波材料进行了仿真分析与弓形法反射率测试。结果表明,利用FSS谐振特性与吸波材料吸收特性相互作用,反射率小于–10.0dB的合格带宽可达到7.2GHz(5.0～12.2GHz),有效展宽了反射率曲线的合格带宽,实现了吸波材料吸收性能的宽频化设计。     

一种基于超材料的六频带吸波体设计

本文设计了一种基于电磁超材料的具有多个频带吸波特性的吸波体。该吸波体的主体是由三层结构组成,上层为6个金属方框相套组成,中层为超材料有耗介质,下层的金属铜板作为金属背板。这种结构可以实现在6个频点处的窄带吸波,其中在2. 5GHz处只能达到64%的吸波率,而在其他五个频点都能达到90%以上的吸波率。此外由于该结构具有旋转对称性,因而具有极化不敏感特性,又经由仿真得到该结构具有宽入射角特性,结果表明该超材料吸波体在雷达隐身领域具有潜在应用价值。     

热处理对羰基铁粉磁性能和吸波性能的影响

为了改善羰基铁粉的微观结构和吸波性能,对羰基铁粉吸收剂在氮气氛下进行了热处理,热处理温度为300℃,热处理时间为30 h,研究了羰基铁粉的磁性能和在2～18 GHz的吸波性能。以热处理前后羰基铁粉作为吸收剂制备了单层吸波涂层,涂层的厚度为1.2 mm时,热处理羰基铁粉吸波涂层在10.2～15.4 GHz反射率R小于-10 dB,反射率小于-10 dB的频宽为5.2 GHz,反射率小于-5 dB的频宽为10 GHz;最大吸收峰在12.8 GHz,反射率R为-22.68 dB。磁性能研究表明,热处理后随着矫顽力的增加,在2～18 GHz羰基铁粉的微波吸收峰向高频移动,而且吸收峰变宽,吸波性能得到大幅提高。     

方舱用蜂窝吸波材料的吸波性能研究

采用聚脲弹性体作为抗冲击层,研究了聚脲厚度与抗冲击性能之间的关系。在满足抗冲击性能的前提下,对蜂窝材料的单层和双层吸波性能进行了研究。结果表明,0.5 mm玻璃钢板＋1 mm厚聚脲,可以满足抗冲击要求。双层结构吸波材料的吸波性能明显优于单层结构。厚度9 mm、面密度4 kg·m-2的双层蜂窝吸波材料,4-8 GHz的反射率小于-10 d B,8-18 GHz的发射率小于-20 d B。     

有源雷达吸波体加载调控特性研究

从传输线等效电路理论出发,设计了一种基于有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS)雷达吸波结构,最上一层是表面层,为AFSS 衬底;中间层是AFSS 层,由频率选择表面(frequency selective surface,FSS)和多个PIN 二极管组成;第三层为泡沫材料组成的介质层。由反射率测量结果表明,改变加载到PIN 二极管两端的直流电压可以控制其反射特性,实现吸波效果灵活可调。另外,利用正弦波作为加载信号也可实现动态地调控;当正弦波频率分别为100kHz、1MHz 和5MHz 时,反射率在3.2～5.6 GHz频段内可获得优于-10dB 的吸波效果。     

圆形/三叶形截面SiC纤维层板的设计、制备与性能

通过对圆形和三叶形截面SiC纤维进行热处理改性,发现改变热处理条件,可有效调整纤维介电性能,利用不同截面纤维处理前后介电性能和阻抗的差异,根据阻抗匹配原理,制备了几种不同SiC纤维组合层板吸波材料。结果表明,有两种组合的层板复合材料在10~18 GHz频段反射率低于-10 dB,8~10 GHz频段内反射率低于-8 dB,具有良好的吸波性能。层板中透波层(改性圆形SiC纤维)的加入对提高其吸波性能效果明显,改性三叶形纤维的加入对改善低频段吸波性能作用明显。     

切比雪夫吸波材料的设计与仿真

利用仿真软件HFSS研究了30 MHz～1 GHz频段内碳填充型聚氨酯角锥和三级锥形切比雪夫多级吸波材料的吸波性能。结果表明,碳填充型聚氨酯角锥在100 MHz以上的高频段吸波性能较好,但在低频段吸波性能并不是很理想。在所含碳含量相等的情况下,采用切比雪夫吸波材料后吸波性能得到了明显改善,低频段大多数频点的反射率能够降低3 dB以上。     

单层高磁导率吸波薄膜的设计

以高磁导率薄膜作为现代电子系统内的吸波材料具有薄、轻的优点,但传统观点认为单层吸波材料的厚度取1/4个介质内波长时,会产生谐振损耗或干涉相消而致使功率反射系数最小.而本文的计算分析表明,要使目标频点的电磁波吸收最强,单层高磁损耗吸波材料的厚度一般小于1/4个介质内波长.且薄膜的磁导率实部的增加能够扩展吸波的带宽,而虚部的减小则有助于缩减吸波的带宽.     

利用改进简化PSO优化设计多层吸波材料

现有的粒子群优化算法(PSO)在传统多层平板吸波材料的优化过程中收敛速度慢,寻优精度低。为了改善设计的收敛速度和寻优精度,利用改进简化粒子群优化方法(ISPSO)在传输线法计算模型基础上对多层吸波材料进行了优化设计。优化设计结果表明,在0.8～6GHz范围内,5层吸波材料的反射系数在-22.98 dB以下,得到的结果比现有文献好。     

一种基于接收天线阵列的宽带吸波层设计

提出了一种基于宽频带天线设计吸波层的方法.根据接收天线与吸波结构工作原理的相似性,选取了一种磁电偶极子宽频带天线为原始模型,以吸波层的吸波原理为理论依据,对宽频带接收天线进行改进,并运用HFSS软件对其几何参数进行仿真与优化,得到了一种厚度薄且吸波频段宽的吸波层.加工与测试结果表明:6×6单元吸波层10 dB吸波带宽为1.54~3.31 GHz,相对带宽为73%,其厚度低于工作频段中心频点自由波长的1/9.由于所设计的吸波层结构具有对称性,它可以工作在双极化条件下.     

不同吸波涂层对三维复杂目标的RCS影响的分析

利用有限元-快速多极子算法(FEM-FMM)分析了三维复杂目标涂有不同吸波涂层的雷达散射截面(RCS).以圆锥体为例,详细计算分析了涂敷有耗各向同性、正单轴各向异性、负单轴各向异性和纳米吸波材料4种典型吸波材料对目标电磁散射特性的影响,并首次讨论了每种吸波材料随不同涂层厚度对RCS的影响,得到了最佳隐身效果的吸波材料和涂层厚度的组合.结果表明,涂敷最佳吸波材料目标的后向RCS比目标没有吸波涂层时可以降低16.6dB.     

雷达总论、雷达理论与技术

0609575吸波材料在飞行器隐身设计中的应用研究〔刊,中〕/王明亮//航空计算技术.—2005,35(4).—45-49(L)基于多目标优化理论,提出雷达吸波材料在物体表面涂敷位置的优化设计方法。利用电磁波的干涉原理和材料的吸波性能,通过设计吸波材料在飞行器表面的涂敷位置,研究局部涂敷吸波材料所能获得的隐身效果。以某飞行器模型为例开展吸波材料隐身技术研究,实现了雷达散射截面减缩与材料增重之间的优化与折衷。参50609576海杂波背景下基于RBF神经网络的目标检测〔刊,中〕/陈瑛//雷达科学与技术.—2005,3(5).—271-275(D)0609577动目标检测、定…     

光学透明和双波段吸波超材料的设计与性能

设计和制作了一种基于超材料的光学透明和双波段吸波体,吸波体基本单元由ITO 十字微结构加补丁结构、玻璃及ITO 膜组成。采用时域有限差分法,研究了十字微结构加补丁结构参数对吸波体电磁性能的影响。仿真结果表明,补丁结构的加入,可以实现双波段高效吸收电磁波,材料在8.5 ~11 GHz 和14.5 ~16.5 GHz 频率范围内反射率小于-10 dB。根据仿真结果,制作了透明吸波体样品,测试了材料反射率和透光率,测试反射率结果与仿真结果吻合得较好,且在可见光区及近红外区透光率达到70%以上。     

基于单层超表面的电大尺寸天线阵RCS减缩仿真分析

提出了一种基于单层透波型阻抗超表面(Transparent Resistive Metasurface, TRM)的电大尺寸天线阵RCS减缩方法。该超表面在垂直极化10 GHz处产生低插损透波窗口,而在其他频点和极化条件下作为有耗阻抗表面,天线阵列在带外频段近似全反射,可以作为接地面实现宽带吸波的RCS减缩。采用国产电磁仿真软件EastWave对"电大尺寸+精细结构"的"天线阵+超表面阵列"进行了全波仿真分析,评估单层透波阻抗超表面对电大尺寸天线阵的RCS减缩及辐射性能的影响。仿真结果表明,在天线阵增益损耗小于1 dB条件下实现同极化下带外频段和交叉极化下全频带的宽带吸波,为大型天线阵隐身设计提供了技术支撑。     

多层复合蜂窝芯结构优化设计及其宽带吸波性能研究

多层蜂窝结构因其优异的吸波性能和高强度结构近来受到广泛关注。 本文针对传统多层蜂窝界面处电磁不连续以及浸渍工艺自身精度低等问题,通过 3D 打印技术制备了一种具有宽频电磁波吸收能力的轻质三层梯度蜂窝结构。中层渐变壁厚蜂窝极大地减少了层与层之间的界面反射,该结构在 2. 92 GHz ~ 18 GHz 内实现反射损耗低于- 10 dB,-10 dB 相对吸波带宽为144%,且密度仅为0. 292 g / cm3。 仿真和实验证明了均匀壁厚蜂窝结构与渐变壁厚蜂窝结构的复合设计可以实现界面的电磁连续性,有效改善了阻抗匹配,并提升了电磁波损耗能力,实现了宽频吸收效果。     

新型仿形多频谱复合伪装材料的研究

为满足信息化作战条件下多频谱兼容伪装的需求,采用多种材料合理匹配与多功能层结构组合的方法,研制了一种可见光、红外和雷达多频谱兼容的新型仿形复合伪装材料,研究了吸波材料中碳含量与铁含量的质量比对雷达波吸波性能的影响.采用雷达波屏蔽效能和反射率实验测试了伪装材料的吸波性能,采用成像法检测了伪装材料的可见光和热红外伪装性能....     

特殊结构电磁兼容吸波材料及其应用研究

设计并制造了一种特殊结构的电磁兼容吸波材料,实现材料在30～1 000MHz范围内的反射率≤-17dB,解决空间电磁波与吸波材料、铁氧体片在3个不同频段的匹配特性,材料高度由770 mm可降低至600 mm.利用电磁仿真,3 m法电磁兼容暗室的归一化场地衰减(NSA)值在±3.5dB以内,为空间受限型电磁兼容暗室设计与建设提供可能.