吸波材料的设计和应用前景new

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1、·综述·3吸波材料的设计和应用前景郑长进李家俊赵乃勤郭新权(天津大学材料学院,天津300072)文摘较系统地论述了吸波材料设计的理论基础,介绍了基体和损耗介质的选用,探讨了拓宽吸波频带的几种可行途径,并对吸波材料的应用前景作了概要叙述。关键词吸波材料,设计,应用DesignandApplicationofMicrowaveAbsorbingMaterialsZhengChangjinLiJiajunZhaoNaiqinGuoXinquan(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tia

2、njin300072)AbstractThefundamentaltheoriesofdesigningmicrowaveabsorbingmaterialsarereviewed.Thematrixmaterialsanddissipationmediumsusedbymicrowaveabsorbingmaterialsareintroduced.Anumberofmethodsforbroadeningthebandwidtharediscussed.Theapplicationsofmicrowaveabsorbingmaterialsarealso

3、described.KeywordsMicrowaveabsorbingmaterial,Design,Application1前言一目的的途径有三种:材料损耗、相位对消和扩散。微波吸收材料,简称吸波材料,是一种能有效吸2.1材料损耗收入射雷达波,并使其散射大幅度衰减的功能复合材料损耗是指电磁波进入吸波材料内部,其能量材料。新一代的吸波材料要求衰减能力强、吸收频被材料有效吸收,转化为热能或其他形式能量而耗散带宽、质轻、红外和微波吸收兼容以及综合力学性能掉。设计这种类型的吸波材料一般需要考虑两个方优良。目前,有关吸波材料的报道多集中于传统损面:阻抗匹配设计和衰

4、减设计。阻抗匹配设计是指创耗介质的改性和新型损耗介质的研制方面,而论述造特殊的边界条件使入射电磁波在材料介质表面的吸波材料设计理论的相对很少。基于这一点,本文反射系数R最小(理想情况R=0),从而使电磁波最[1]较系统地论述吸波材料设计的理论基础,介绍基体大程度地进入材料内部。根据电磁场理论,当电磁和损耗介质的选用,探讨拓宽吸波频带的几种可行波由阻抗为Z0的自由空间垂直入射到阻抗为Z的半途径,并对吸波材料的应用前景作概要叙述。无限介质表面时,其反射系数R满足:2吸波材料设计的理论基础R=(Z-Z0)/(Z+Z0)(1)研究吸波材料的目的是为了改变微波的辐射分

5、布,使雷达接收到的反射波大幅度地减少。达到这式中,Z=μ/ε=μrμ0/εrε0为介质波阻抗;收稿日期:2003-10-08;修回日期:2004-03-033天津市自然科学基金资助:013616911郑长进,1979年出生,硕士研究生,主要从事吸波材料的研究工作宇航材料工艺2004年第5期—1—©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netZ0=μ0/ε0=376.7Ω为自由空间波阻抗。此外,还需要明确的是,对于单一组元

6、的吸收当介质有损耗时,相对磁导率μr和相对介电常体,阻抗匹配设计和衰减设计往往是矛盾的,不能同[8]数εr表示为复数μr=μ′-μj″,εr=ε′-εj″。其中,时满足。通常需要进行材料的多元复合,以便调节实部μ′和ε′表征了材料的储能容量,如磁化能和电电磁参数,在尽可能满足阻抗匹配条件下,提高材料容,而虚部μ″和ε″为极化损耗。由公式(1)很容易推的吸波能力。[9]得,理想情况下的阻抗匹配公式:2.2相位对消相位对消型吸波材料是按照电磁波相干涉原理μ′=ε′(2)设计的。现以单层涂层吸波材料为例加以说明。把吸μ″=ε″波涂料涂覆在金属基体上,当涂层厚度满足

7、:然而,由于μ(ν)和ε(ν)都是与频率ν有关的函数,d=λ/4=λ0/4εμ(3)同一介质的各个频率的μ和ε难以都满足公式(2),因此该公式是相当苛刻的。为此,秦柏、秦汝虎等人式中,d为涂层的厚度;λ0为电磁波在真空中的波提出一种更容易让人接受的阻抗匹配公式,即“广义长;ε为涂层的相对介电常数;μ为涂层的相对磁导匹配定律”:ε′/ε″=μ′/μ″,并且指出该公式可以作率;λ为电磁波在涂层中的波长。为有效地选择材料和材料厚度的判据,利用该公式这时,涂层与金属基体的界面和涂层表面反射[2]容易获得展宽、减轻、减薄的吸收剂。的两列电磁波将发生干涉现象,从而使总的

8、反射波衰减设计是指合理选用或设计损耗介质(吸收衰减。