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透波材料-吸波材料-青岛合丰

发布日期:2022-08-22 16:02:24

电磁透波材料是指能够透过频率在0.3~300GHz、波长在1 ~1000mm 范围内的电磁波且透波率超过70%的一类多功能介质材料。电磁透波材料的作用一方面是物理保护发射天线及辐射源器件不受外界环境损坏; 另一方面是尽量减少电磁波的折射和反射现象,从而降低电介质极化强度和能量损耗,保证较高的透波率,使通讯系统和电子设备能够在任意复杂环境下正常工作。


其主要可用作各种飞机、运载火箭、宇宙飞船、卫星及地面站的天线罩和天线窗,也可用作高性能印刷电路版基材等,在航空、航天、电子通讯及军事装备等领域有着重要的意义。传统电磁透波材料主要包括无机透波材料和有机透波材料,它们存在透波Q 值低、抗热冲击性能差、制作工艺复杂、成本高等缺点。


与透波材料对应的就是吸波材料,吸波材料能吸收投射到其表面的电磁波能量,并通过材料的介质损耗(电损耗/磁损耗) 或欧姆损耗使电磁波能量转化为热能以及其他形式的能量,一般由基体材料( 或粘接剂)与吸收介质( 吸收剂) 复合而成。其主要应用于电磁防护、微波暗室、移动通讯等场景,在隐身技术、保温节能及人体防护等方面也具有至关重要的作用。传统吸波材料包括导电高聚物、碳纤维、铁氧体、石墨烯、磁性金属微粉等多种材料为吸收剂的复合吸波材料,密度大且厚度厚,很难满足现今 “薄、轻、宽、强”的设计理念。


随着多站雷达系统的快速发展,传统带通型频率选择表面(雷达天线罩)由于其带外存在强反射,从而导致较大的雷达散射截面,已无法应用于现代雷达系统中。同时,民用通信系统迅猛发展,天线天面空间紧张与多频通信需求剧增的矛盾日益突出,电磁兼容环境恶劣,迫切需要一种兼顾透波 (通信)和吸波(隐身 ) 的全新吸透一体复合材料。


早在1995年Arceneaux等就提出吸透一体材料的概念,即一种同时具备带内低插损 (Insertionloss,IL)传输和带外高吸收特性的天线罩结构,但是由于缺乏足够精准获取材料参数的方法,该概念并未得到足够的重视。1999 年, Pendry等提出的人工电磁体实现了对介电常数和磁导率的负调控,为自由设计任意数值的介电常数和磁导率材料提供了全新的途径。随着超材料近20年的发展,无论是透波材料还是吸波材料都取得了令人瞩目的成果。其中,带通型频率选择表面 (Frequencyselectivesurface,FSS)就是一种典型的由人工电磁微结构构造而成的透波材料。同时,电磁超介质吸波材料也取得了极大的进步,超宽带材料、频率可调材料、强度可调材料相继被提出并得到实验验证。超材料的发展为全新频率选择性的透波 - 吸波(rasorber)一体化复合材料的实现提供了新思路。2012年, Costa 等详尽研究并论述了rasorber的设计方法,得到低频透波/高频吸波的频率选择 rasorber 天线罩,其在4.6GHz左右透波,带内最小IL为 0.3dB ,10~18GHz内能达到 -15dB 的吸波性能。随后,沈忠祥教授团队又接连设计出带内透波/双边吸波、双频透波/双频吸波的 rasorber结构,极大地推动了吸透一体超材料的发展。

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