吸波隐形材料
基本信息
- 中文名
吸波隐形材料
- 外文名
absorbing stealth material
- 作用
减缩雷达散射面积
- 应用
飞行器隐身
- 吸波材料分类
阻抗匹配型和谐振型
- 吸波剂
铁氧体、导电高聚物、手征材料等
简介
雷达隐身技术是现代战争中必不可少的电子对抗技术。海湾战争、北约袭击南联盟等表明，隐身技术己成为现代战争致胜的关键之一。飞行器(飞机、导弹)隐身的技术途径主要有两条：一是通过外形设计降低飞行器的雷达散射截面积RCS(Radar CrossSection)；二是飞行器应用吸收雷达波的材料，即雷达吸波材料RAM (Radar Absorption Material)，它是利用吸收剂与电磁能的相互作用而达到损耗电磁能的目的。外形隐身技术可以在不增加飞行器重量的情况下减小其RCS，而且在很宽的频带内有效，但随之出现的问题是气动性能的变化〔一般是变坏)和强度的降低。而使用RAM可以在几乎不影响飞行器气动和强度性能的情况下减缩其RCS，特别适用于一些无法或难以采取外形措施的部件，如弹翼、机翼前缘部位等，所以研究和开发高性能的雷达吸波材料成为各国军事技术领域中的一个重大课题。
发展历史
电磁波吸收的研究始于20世纪30年代，荷兰人研发出第一种吸波材料。这种吸波材料以高损耗的炭黑和高介电常数的二氧化钛作为介质，使得吸波材料有较小的厚度。
二战期间(1935-1945年)，德国研发出用于潜艇隐身的"Wesch”材料，它由约0.3英寸的橡胶基羧基铁复合板构成。由于表面具有格纹结构，因此这种材料能够吸收较宽频段的电磁波。此外，德国人还发明了由多层电阻片和介电材料层交替叠置构成的Jaumann层吸波材料。该材料能够在雷达波段实现-20 dB的反射率。随后，美国人Salisbury W. W.发明了λ/4谐振吸收屏，其在共振频率处能够增宽25%的吸收频宽，该结构被命名为Salisbury屏。
20世纪50年代，Sponge公司商业化生产了“Spongex"雷达吸波材料，当把这种材料制成2英寸厚时，在2.4~10GHz的反射率能达到-20 dB此外，Severin和Meyer开始研究电路模拟吸波材料，通过实验研究了电路环、薄片、偶极子等加载的吸波材料。这也是频率选择表面(FSS)吸波材料研究的起源。
20世纪80年代至今，随着计算机技术的发展，吸波材料进入了精密优化设计阶段。根据材料的电磁参数，可以通过计算机辅助设计技术计算出在给定厚度、频率下的吸波性能，同时对吸波材料进行优化。例如，用遗传算法、有限元法、FDTD等技术来优化Jaumann层结构。导电聚合物基复合材料和手性材料也逐渐用于吸波材料领域，并用有效介质理论来计算这些新材料的复介电常数和复磁导率。
结构类型及设计
按照雷达吸波材料的吸收机理，可以将其分为阻抗匹配型和谐振型两类吸波材料。
阻抗匹配型吸波材料
锥体形吸波材料
锥体形吸波材料是典型的结构型吸波材料，材料的锥体结构使阻抗从空气到吸波材料底端有一个渐变的过程，但是其缺点是厚度大且容易碎裂。经过合理的设计和改进，这种吸波材料被广泛应用于微波暗室等领域。
匹配层吸波材料
匹配层吸波材料以锥形吸波材料为基础，能在不影响吸波效果的情况下减少材料的厚度。这种吸波材料是在入射与吸收之间设置一个阻抗匹配层。阻抗匹配层的阻抗值介于空气和吸收层之间。当匹配层的厚度为λ/4时，匹配效果最为明显。
谐振型吸波材料
谐振型吸波材料是利用干涉原理来降低电磁波的反射，也称为λ/4吸波材料，包括Dallenbach层、Salisbury屏和Iaumann层。这类材料的阻抗与空气并不匹配，并且材料对厚度有一定要求，因此并不能完全吸收所有的电磁能。
Dallenbach层吸波材料
