宽频电磁吸波超材料的研究进展

吸波超材料已经成为国内外电磁隐身和防护领域的研究热点,并取得了一系列重要的研究成果.介绍了材料的吸波原理和设计方法,综述了二维频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)型和三维周期性结构两类电磁吸波超材料的研究进展,并对宽频电磁吸波超材料的相关研究进行了展望.     

双频窄带超材料吸波体的设计

为了降低吸波体的雷达散射截面,实现完美吸波,利用超材料的电磁谐振特性,设计了一款开缝双环型结构吸波体。得益于超材料的LC谐振,该结构在1.59和4.06GHz具有超强吸波特性,在谐振频点处,超材料吸波体的某些区域相当于一个电磁波收集器,将能量限制在吸波体内,再转化成热能。经计算验证,该吸波体结构在1.59、4.06GHz的雷达散射截面(RCS)分别为-24、-23dB,远低于传统金属表面结构,能实现理想吸波。     

耐高温宽带吸波超材料的设计及实验研究

提出了一种耐高温的宽带吸波超材料的设计和制备方法,得到了在整个X波段均具有90%以上宽带吸收率、可在室温到400℃工作的吸波超材料。该超材料结构由上层石墨电阻膜方片单元,底层石墨反射层以及中间氧化铝介质层构成,结构参数经过有限元模拟优化得到,通过丝网印刷法制备完成。实测与模拟吸收性能吻合良好,且在不同温度下能保持稳定的吸收性能。超材料的宽带强吸收源于磁共振机制带来的宽带阻抗匹配,以发生在电阻膜层的欧姆损耗为主。得益于磁共振机制,其吸波性能保持了较好的稳定性。与传统耐高温吸波超材料相比,该耐高温吸波超材料具有频带宽、吸收强、厚度薄、制备便捷、温度适应性好等特点,有望运用于高温吸波隐身及电磁兼容等领域。     

基于超材料的双频吸波器设计研究

设计了一种基于超材料的双频吸波器,由介质基板和上下两层金属组成。介质基板采用厚度为0.3 mm的高频PCB(印刷电路板):Rogers RT5880(相对介电常数εr=2.2,损耗角正切tanδ=0.0009),金属层厚度0.017 mm,材质铜(电导率σ=5.8×107s/m)。顶层金属为超材料单元胞,由开口金属方环结合十字缝隙组成,底层为全覆盖金属底板。利用HFSS软件进行了电磁仿真,在超材料结构表面施加垂直入射正弦平面波激励。仿真结果表明,其对垂直入射的6.2GHz、9.9 GHz的平面电磁波吸收率分别为80.07%和98.27%。该吸波器可作为基于PCB芯片间无线互连系统的吸波层,防止电磁辐射。     

多频复合结构超材料吸波器的设计

为了降低物体的雷达散射截面,实现对电磁波的吸收,利用超材料的电磁特性,设计了一款多频复合结构超材料吸波器。通过改变超材料的等效介电常数和磁导率,在空气中实现了吸波器与电磁波阻抗的匹配,并将电磁波束缚在器件内部转化为热能。仿真结果表明,该吸波器在3.68、5.96、8.45GHz频点电磁波的吸收率分别为99.9%、97%、99.5%,对不同的电磁波极化方向呈现不敏感性,同时在电磁波宽角度入射时仍具有较高的吸收率,其厚度远低于传统的吸波材料。     

吸波材料的研究进展

不管是军事用途还是民间用途,吸波材料都扮演着极其重要的角色,能够有效的躲避敌人的雷达探测,从而做到杀敌于无形,在日常生活中,能够有效减少或躲避电磁波对人体或者重要仪器的破坏。吸波材料按照成分分类可分为传统型磁性金属基吸波材料、新型碳基吸波材料、金属硫化物基吸波材料、金属氧化物基吸波材料、MOFs基吸波材料、LDHs基吸波材料、导电聚合物基吸波材料等。综述了吸波材料的最新研究进展,介绍了吸波材料的吸波机理和吸波性能的电磁参数。     

吸波材料设计中的全貌分析方法

多棱凸面体外形（如F－117）能达到低频（L，S波段）隐形要求，但如同等离子体隐形技术那样都存在强散射方向，难以对抗高精度时，空平台上的地，空一体化多基探测，微波吸波材料和合理形结合是最好的微波隐形选择，但难点是低频－薄层吸波材料难以实现。为此，提出了实现低频－薄层吸波材料的新途径，全貌分析研究方法是以系统论的观点和数字方法表述需求吸波材料有关参量的相互关系，并系统地指出传统设计方法的局限性和所导致的错误观念。     

多层吸波材料的计算机辅助优化设计

介绍了一种用于多层吸波材料设计的计算机辅助优化系统。该系统可以对入射电磁波进行跟踪计算,并借助于单纯形法对计算结果进行自动优化,从而实现了对多层吸波材料的参数优选、分层组配和性能预报。利用本系统还可以实现吸波材料的三维设计,分析各介质层电磁参数对吸收率的影响。     

基于等效电路模型的高频透波频率选择吸波体设计

基于等效电路模型分析方法设计了一种高频透波频率选择吸波体,实现了吸波体通带位于其吸波带之上频段的滤波特性.频率选择吸波体的损耗层和带通层分别采用了加载集总电阻的曲折方环单元和十字缝隙单元.仿真结果表明,所设计结构的通带中心频率位于X波段内的9.34 GHz,通带中心频率处的插入损耗小于0.7 dB,-10 dB吸波带为3.0~8.3 GHz.当电磁波斜入射角度小于40°时,所设计结构均保持稳定的传输性能和反射性能.由于频率选择吸波体所采用的周期单元结构的旋转对称性,其传输和吸波性能对入射电磁波的极化方式不敏感.     

泡沫吸波材料结构对吸波性能的影响

为了研究吸波材料结构与吸波性能的关系,以无机泡沫吸波材料作为基体,采用多层复合研究阻抗匹配特性对吸波性能的影响,当材料为"透波层/吸收层"的2层复合结构时,在2.0~18.0 GHz频段反射率均小于-10.0dB,且于12.7 GHz处出现最大衰减峰为-21.5 dB.采用角锥和锥台处理研究材料表面构造对吸波性能的影响,结果表明:表面处理可以明显提高材料吸波性能,且角锥处理优于锥台处理.5×5阵列角锥的有效吸收带宽(反射率小于-10.0 dB)为15.3 GHz,反射率在9.4 GHz处到达最小值为-43.4 dB;8×8阵列角锥的有效吸收带宽(反射率小于-10.0 dB)为18.0 GHz,平均反射率达-34.5 dB.     

一种左、右手材料结构吸波体吸波特性研究

提出了一种空气／左手介质／右手介质／金属的双层吸波体结构,引入左手材料做匹配层,利用传输线模型与计算机仿真方法考察了左手材料各个参数变化对吸波性能的影响．仿真结果表明：左手材料各个参数适当的选择对提高吸收率起着重要作用;在给定参量条件下,左手材料层厚度最佳值为1mm;随着左手材料层厚度的变化,吸波体的吸收峰值将降低且峰值对应的频率也将分别向低频或高频移动．     

吸波材料的最新研究进展及发展趋势

介绍了吸波材料的吸波原理,对吸波材料进行分类,并综述了铁氧体、羰基铁、石墨烯、手性材料、席夫碱等作为常见吸波材料的最新研究进展,并对发展趋势作了简要的概述。     

单涂层吸波材料匹配设计及偏差研究

本文在文献[1]提出的单涂层吸波材料设计两项原则的基础上,结合具体实例详细说明了这两项原则的具体应用.研究了一系列相关参数间的作用规律,通过分析说明这两项设计原则既可为吸波材料本身的研究提供方向性指导,又可具体指导单涂层结构设计。最后讨论了涂层电磁参数在偏离匹配条件的情况下,对涂层吸波性能影响的具体结果分析,并给出了评价吸波剂性能的评价原则及方法。     

基于反射特性的碳纳米管吸波材料吸波性能检测方法

碳纳米管是隐身技术中的重要吸波材料,不同体积占比碳纳米管吸波材料吸波性能检测与评价是工程应用研究的热点问题.基于吸波材料中电磁波反射特性理论建模,提出利用反射系数表征碳纳米管吸波材料吸波性能的方法,利用等效电阻-电容网络模型,定量分析碳纳米管吸波材料的介电特性;利用层状介质传播模型,分析电磁波在金属衬底吸波介质中传播时的反射特性.不同厚度和体积占比的单壁碳纳米管/聚甲基丙烯酸乙酯吸波材料的反射特性仿真分析结果表明,碳纳米管吸波材料厚度大于1.4 mm时,材料开始具有吸波性,且随着碳纳米管体积占比与厚度的提高,反射系数的中心频率向低频方向偏移.当厚度为2 mm、体积占比为0.5％时,反射系数最小值为-19.07 dB,吸波效果最强;而当厚度为2.4 mm、体积占比为1％时,吸波频带最宽达到5.89 GHz.研究成果为不同体积占比的碳纳米管吸波材料制备与性能检测奠定了理论基础,具有一定的工程应用价值.     

吸波材料研究进展

介绍了吸波材料的国内外研究现状,对吸波材料的应用和理论研究及测试进行了综述,总结了吸波材料的发展前景与趋势。     

单涂层吸波材料设计原则

通过对单涂层吸波材料内电磁波传输损耗机理的细致研究,提出了单涂层吸波材料优化设计的两项原则。可以按照这两项原则依吸波材料应用背景提出的实际吸波性能的要求,找出相应的电磁配比参数,以此来指导材料的研制和设计实用的涂层材料。最后,按这两项设计原则得到了一个有重要意义的推论,即涂层对入射波无反射回波时,涂层材料电磁参量取值所遵循的规律。     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成熟能或其他形式的能。评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率。作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向。分析结果表明：吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程。     

新型吸波材料的研究现状与展望

隐身材料在军事领域有广阔的应用前景。本文对新型隐身材料的研究现状进行了综述。详细介绍了纳米材料的性质和在吸波领域中的应用,并对隐身材料应用技术的未来进行了展望。     

基于铁氧体制备的泡沫吸波材料性能

为了研究铁氧体的电磁性能以及铁氧体引入量的质量分数和样块厚度对材料性能的影响,以玻璃和陶瓷造粒料为基料,炭黑为发泡剂,引入铁氧体,经过球磨、烧结、发泡、退火工艺后制备出泡沫吸波材料.结果表明:900℃处理对铁氧体的电磁性能无明显影响.铁氧体引入量的质量分数为5%和10%的吸波性能优于铁氧体为15%和20%引入量的吸波性能;研究初步显示,该结果是由于铁氧体的引入影响多孔材料的泡孔结构.铁氧体引入量的质量分数为10%时,材料的吸波性能随着样块厚度的增加而增大;样块厚度为50 mm时,材料的有效吸收带宽(反射率小于-10 d B)达18 GHz,反射率低至-23.4 d B.     

雷达吸波材料的现状与展望

雷达吸波材料是隐身技术的关键材料,雷达吸波材料的研究越来越受到世界各国５的高度重视。本文介绍了雷达吸波材料的定义、工作原理与实际要求。对超微磁性金属粉、磁性纤维、六方铁氧体、导电聚合物、手性材料、智能材料等主要的雷达吸波材料体系的研究现状进行了评述。最后展望了雷达吸波材料的发展趋势。