吸波材料知识介绍系列.doc

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1、吸波材料知识介绍系列—————之一吸波材料简介在解决高频电磁干扰问题上，完全采用屏蔽的解决方式越来越不能满足要求了。因为诸多设备中，端口的设置及通风、视窗等的需求使得实际的屏蔽措施不可能形成像法拉第电笼那样的全屏蔽电笼，端口尺寸问题是设备高频化的一大威胁。另外，困扰人们的还有另外一个问题，在设备实施了有效的屏蔽后，对外干扰问题虽然解决了，但电磁波干扰问题在屏蔽系统内部仍然存在，甚至因为屏蔽导致干扰加剧，甚至引发设备不能正常工作。这些都是屏蔽存在的问题，也正是因为这些问题的存在，吸波材料有了用武之地。吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料，它通过材料

2、的各种不同的损耗机制将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸收电磁波目的。不同于屏蔽解决方案，其功效性在于减少干扰电磁波的数量。既可以单独使用吸收电磁波，也可以和屏蔽体系配合，提高设备高频功效。目前常用的吸波材料可以对付的电磁干扰频段范围从0.72GHz到40GHz。当然应用在更高和更低频段上的吸波材料也是有的。吸波材料大体可以分成涂层型、板材型和结构型；从吸波机理上可以分成电吸收型、磁吸收型；从结构上可以分为吸收型、干涉型和谐振型等吸波结构。吸波材料的吸波效果是由介质内部各种电磁机制来决定，如电介质的德拜弛豫、共振吸收、界面弛豫磁介质畴壁的共振弛豫、电子扩散

3、和微涡流等。吸波材料的损耗机制大致可以分为以下几类：其一，电阻型损耗，此类吸收机制与材料的导电率有关的电阻性损耗，即导电率越大，载流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。其二，电介质损耗，它是一类与电极有关的介质损耗吸收机制，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。电介质极化过程包括：电子云位移极化，极性介质电矩转向极化，电铁体电畴转向极化以及壁位移等。其三，磁损耗，此类吸收机制是一类与铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应

4、等，其主要来源是与磁滞机制相似的磁畴转向、磁畴壁位移以及磁畴自然共振等。此外，最新的纳米材料微波损耗机制是目前吸波材料研究的一大热点。由于篇幅所限，本文对吸波材料的损耗机制仅做了最为简约的叙述，对其详述及其结构设计及结构对吸波效能的影响等方面将在以后的文章中做出解释。总之，高速发展的新科技正引领着世界范围内的各行各类电气、电子设备向高频化、小型化方向发展，高频EMI问题必将越发突显，吸波材料必然有越来越广阔的应用空间。吸波材料知识介绍系列————之二吸波材料的损耗型吸波机制上一篇文章，我们只是粗略地介绍了一下吸波材料的类型和与吸波原理相关的知识。那么您可能会问：吸波材

5、料为什么会吸收电磁波？在接下来的文章中，我们会向您较详细地介绍吸波材料的两大类吸波机制。今天我们向您介绍损耗型吸波机制。材料损耗是指电磁波进入吸波材料内部，其能量被材料有效吸收，转化为热能或其他形式能量而耗散掉。设计这种类型的吸波材料一般需要考虑两个方面：阻抗匹配设计和衰减设计。阻抗匹配设计是指创造特殊的边界条件使入射电磁波在材料介质表面的反射系数R最小(理想情况R=0)，从而使电磁波最大程度地进入材料内部。根据电磁场理论[1]，当电磁波由阻抗为Z0的自由空间垂直入射到阻抗为Z的半无限介质表面时，其反射系数R满足：-----------(1)式中：为介质波阻抗：，为自

6、由空间波阻抗。在使尽可能多的电磁波入射进入吸波材料内部，我们就是要尽可能降低反射系数R。当介质有损耗时,相对磁导率和相对介电常数表示为复数：其中，实部和表征了材料的储能容量，如磁化能和电容；而虚部和为极化损耗。由公式(1)很容易推得,理想情况下的阻抗匹配公式：--------(2)然而,由于和都是与频率有关的函数,同一介质某个频率的和难以都满足公式(2),因此该公式是相当苛刻的。为此，秦柏、秦汝虎等人提出一种更容易让人接受的阻抗匹配公式：即“广义匹配定律”[2]:，并且指出该公式可以作为有效地选择材料和材料厚度的判据，利用该公式容易获得展宽、减轻、减薄的吸收剂。衰减设

7、计是指选用合理的损耗介质(吸收剂)以及合理的材料结构特征，以便使进入材料内部的电磁波迅速地最大限度地衰减掉。损耗介质对电磁波的衰减能力常用电损耗角正切和磁损耗角正切来表示,其值越大,衰减能力越强。从这一点来看,似乎意味着介质的和越大,吸波能力越强。然而,损耗介质的选用和材料的结构设计往往是紧密联系在一起的。实际工作中，常常根据不同的结构设计方案来选用具有合适电磁参数的损耗介质。因此，一心追求大的或的做法是不对的。简而言之，损耗型吸波机制就是尽可能增大入射电磁波量，尽可能加强热转换率，从而达到尽可能大的电磁波吸收功效。在接下来的一篇文章中，我们将向您介