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      電磁波吸收材料的分析

      發布時間:2021-10-18 瀏覽: 256

      電磁波吸收材料的分析涉及材料科學、電磁場理論、電磁波吸收材料和吸收體理論、計算數學等,隨著材料設計理論和方法的逐漸受到重視,電磁波吸收材料的分析逐漸成為EMC和材料科學中的一個重要分支。從理論上來講EMC技術對電磁波吸收材料的基本規則有兩點:


      (1)無反射(既完全吸收);


      (2)吸收頻帶盡可能的寬。 


      尋找無反射吸收材料的新設計方法一直是人們尋求的目的,但吸收材料也同屏蔽材料一樣存在著對電磁波的反射技術。雖然到目前為止人們已經分析了不少的電磁波吸收材料,但是還無法做到無反射吸收。但在實際應用中,電子和電氣設備規則的電磁波吸收材料大都是低反射率的的電磁波吸收材料。 


      目前國外正在研制和已經實用化的吸波材料和吸波體主要有以下多種:[3-13] 


      (1) 鐵氧體系列吸波材料(鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、鋇鐵氧體等):由于鐵磁材料的共振吸收和磁導率的頻散效應,鐵氧體材料具有吸收強、頻帶寬的優點,被廣泛地應在各種隱身技術領域。日本NEC公司分析的鐵氧體吸波材料厚度為3.8mm和0.9mm的兩層構成,單位面積質量8kg/m2,衰減-20dB的帶寬為8.5~12.2GHz,衰減-10dB時帶寬為6~13GHz。 


      (2) 微粉吸波材料:微粉材料(尤其納米吸波材料)由于其奇特的物理化學性質而受到各方面的重視,對電磁波的反射小、吸收高,是說說值得重視的新材料,在超微粉材料的顆粒中表面原子占整個顆粒原子的較大比例,表面原子由于懸掛鍵、空鍵較多,其活性大大增加。當電磁波入射到這類粒子上時,分子、電子的運動加劇,電磁能轉化為熱能的效率高,電磁損耗大,其透射和吸收性能取決于粒度大小,利用這個特點可以實現層間匝配和展寬頻帶的目的。例如,由納米碳化硅纖維為基材制成的電磁波吸收體在8~12GHz的頻率范圍內,達到-15dB吸收的帶寬大于1GHz,經特殊處理過的碳纖維在雷達波段具有較好的應用價值。對于金屬粉如羥基Fe粉、Ni粉、Co粉,其粒徑一般在10~50nm之間,也受到了廣泛的分析,但由于抗氧化等性能較差其應用性受到限制。 


      (3) 多晶鐵磁性金屬纖維:多晶鐵磁性金屬纖維具有獨特的形狀特征和復合損耗機理(磁損耗和介電損耗),具有重量輕(密度<2kg/m2)、頻帶寬(4~18GHz)和斜入射性能好的優點,以及可通過調節纖維的長度、直徑及排列方式調節吸波體的電磁參數,是說說值得分析的吸波材料。 


      (4) ??朔螓}基視黃脂:像石墨一樣呈黑色,吸波性能優于其它材料,而重量只有鐵球吸波材料的1/10。這種材料的吸波頻帶寬,從長波到8mm波段都有效,通過離子位移方式它將電磁波能量全部轉換成熱能,但材料本身的溫升并不明顯。 


      (5) 電介質陶瓷吸波材料:PZT(鋯鈦酸鉛)、BaTiO3 等電介質材料也具有良好的吸波效果,但吸收帶寬小。 


      (6) 導電高分子材料:和其它吸波材料相比具有密度?。ㄖ挥需F氧體的1/5)的特點,通過摻雜調節電導率來控制其吸波性能,國外報道在毫米波段具有-10dB和12GHz的帶寬。 


      (7) 手性吸波材料:它和普通材料相比最大的特點具有手性參數,在其中傳播的電磁波只能是左旋或右旋的圓偏振波,其優勢在于調節手性參數就可以調節阻抗匹配,并且比調節μ、ε容易得多;另外,它的頻率敏感性低,易于實現寬頻吸收。該材料實用的技術一旦有所突破,將對EMC技術產生重大干擾。 


      1.2 電磁波吸收體 


      上述幾類材料是目前所分析和開發的主要吸收體用材料,然而就目前的分析和生產水平而言,采用單一材料做成吸收體實現寬頻帶的吸收是不現實的,并且無法解決無反射技術。實際應用中一般較少采用單一的材料和直接使用,而是采用電磁波吸收體的形式。 


      電磁波吸收體是為了取得最佳電磁波吸收效果而結構化的電磁波吸收材料,它可以以商品的形式出現。國際上多采用復合化和結構設計方法來解決某一頻段的吸收技術,并在軍用上最先取得應用,像B-2、YF-22、YF-23等隱形飛機都采用了結構化吸收體。 


      電磁波吸收體的分析是以吸收材料的分析為基礎,目前已獲得實用化的吸收體結構有: 


      (1) 單層結構:表現為復合材料的單涂層和單層吸收體。 


      (2) 幾層結構:由透波層、阻抗匹配層、吸收層以及反射背襯等組成。設計中經常要用到入射波和反射波相互抵消技術,此時雖然會出現相應的吸收峰但其吸收帶寬受到干擾。 


      目前美、日、西歐國家在電磁波吸收體的分析上處于世界領先地位,它們已分別分析出了毫米厚度的民用電磁波吸收體。最先進的吸收體結構是美國用在軍用隱身飛機上的電磁波吸收體結構,這種結構可以在較寬的頻帶內使雷達波的反射降低7~10dB。 


      我國的吸波材料和電磁波吸收體的實驗室分析開始于80年代,90年代中后期進入較全面的分析階段。相對于國外來講,無論是材料分析和電磁波吸收體的分析方面整體上處于跟蹤和探索階段,但在某些方面上取得了很好的趨勢,并形成了一些自己的特色。其分析重點大多是某種吸波材料的分析,對于吸收體的設計方法分析相對較少。對于吸收體設計方法的分析主要集中于單層和幾層結構的設計上。但是由于材料本身的吸收頻帶寬度、阻抗匹配、粘合劑加入造成吸波特點降低等干擾。 


      總體上來講吸波材料和電磁波吸收體的理論分析和應用分析仍在趨勢之中,還沒有形成成熟的理論。電磁波吸收體在不同的電器產品時,其EMC所需要的頻帶和帶寬可以通過材料改進來實現,最大的技術是阻抗匹配技術。但值得欣慰的是我國不少電器生產廠家已對產品EMC技術日漸關注,并投入力量分析,但是作為商品化的電子產品用電磁波吸收材料的分析尚需加強。 



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