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在科学技术高速发展的今天,人们对于电磁环境污染、电磁干扰等问题更加重视,智能军事的发展对新兴的电磁隐身技术提出了更高的要求。电磁吸波体作为电磁防护和电磁隐身的关键不仅在军事上有其特殊的战略地位,在民用上的应用也日趋广泛。传统吸波涂层大多存在吸波带宽较窄、面密度较大等问题。传统超材料的出现开辟了吸波材料的新方向,然而其制备成本高、制备工艺复杂等问题一定程度上限制了在工程上的应用。因此如何设计和制备新型、实用型的宽带高性能吸波体具有重要的工程意义。本文沿用了超材料的结构设计思路,将传统的吸波涂层结构化,改善阻抗匹配性能,实现高性能的微波吸收。随后引入编码的概念,将介质结构单元进行编码实现宽带RCS缩减。
首先,本文以水作为主要组成材料设计了柔性水基微结构吸波体,并借助3D打印技术完成了实物的制备。该结构具备宽带的微波吸收效果,实验测试结果表明,吸收率大于90%的频带范围是5.9-25.6GHz。高效的微波吸收性能主要得益于水的强介电损耗以及结构设计所带来的良好的阻抗匹配性能。然后基于二氧化钛/碳纳米管复合材料设计了两种微结构单元,将两种单元结构进行编码形成2-Bit编码微结构吸波体。该结构兼具对于电磁波的散射和吸收特性。不同反射相位特征的单元进行编码后产生的电磁干涉形成了电磁波的散射,复合材料对于电磁波的介电损耗作用为编码微结构吸波体提供了吸收特性。通过对其组成单元占比的调控可以实现宽带RCS缩减,其RCS缩减的频带范围是5.3-18GHz。为了能够进一步拓宽2-Bit编码微结构吸波体在低频处的RCS缩减。在其基础上设计了3-Bit全介质编码微结构吸波体。其宽带的RCS缩减性能主要依靠编码单元的幅度调制。通过调制三种单元的不同占比可以实现具有不同性能的3-Bit编码微结构吸波体,从而满足不同环境的应用需求。
本文研究的三种结构型吸波体都实现了宽带高强度的电磁隐身性能。其材料本身不具备较好的吸波性能,结构的设计实现了吸波体的宽带吸收,编码的设计在宽带吸收的基础上增加了对于电磁波的散射特性,从而更加有效地降低雷达散射截面。同时,镂空的结构设计也为实现吸波体较小的面密度提供了可能。编码微结构吸波体的设计思路为吸波体的发展提供了更多的可能性,也为吸波体的应用研究提出了重要的借鉴意义。
首先,本文以水作为主要组成材料设计了柔性水基微结构吸波体,并借助3D打印技术完成了实物的制备。该结构具备宽带的微波吸收效果,实验测试结果表明,吸收率大于90%的频带范围是5.9-25.6GHz。高效的微波吸收性能主要得益于水的强介电损耗以及结构设计所带来的良好的阻抗匹配性能。然后基于二氧化钛/碳纳米管复合材料设计了两种微结构单元,将两种单元结构进行编码形成2-Bit编码微结构吸波体。该结构兼具对于电磁波的散射和吸收特性。不同反射相位特征的单元进行编码后产生的电磁干涉形成了电磁波的散射,复合材料对于电磁波的介电损耗作用为编码微结构吸波体提供了吸收特性。通过对其组成单元占比的调控可以实现宽带RCS缩减,其RCS缩减的频带范围是5.3-18GHz。为了能够进一步拓宽2-Bit编码微结构吸波体在低频处的RCS缩减。在其基础上设计了3-Bit全介质编码微结构吸波体。其宽带的RCS缩减性能主要依靠编码单元的幅度调制。通过调制三种单元的不同占比可以实现具有不同性能的3-Bit编码微结构吸波体,从而满足不同环境的应用需求。
本文研究的三种结构型吸波体都实现了宽带高强度的电磁隐身性能。其材料本身不具备较好的吸波性能,结构的设计实现了吸波体的宽带吸收,编码的设计在宽带吸收的基础上增加了对于电磁波的散射特性,从而更加有效地降低雷达散射截面。同时,镂空的结构设计也为实现吸波体较小的面密度提供了可能。编码微结构吸波体的设计思路为吸波体的发展提供了更多的可能性,也为吸波体的应用研究提出了重要的借鉴意义。