文档介绍：各种吸波材料的比较
Christopher L Holloway
沙斐翻译
一前言
最早暗室(全电波)建于50年代,用于天线测量。吸波材料由动物毛发编制而成,外涂一层碳,厚2英寸()。~10GHz正入射时,反射系数为-20dB。60年代,以上的吸波材料被新一代、由一定形状的吸波材料所取代,正入射时反射系数为-40dB。
目前普遍使用的聚氨酯锥体40年代就开始研究,60年代才有产品。正入射时的反射系数为-60dB。然而可使用的频率范围较高,要求锥体的厚度(尖顶到基座)至少是几个波长。
电-厚锥体的良好性能主要来源于锥体直接的良好多重反射。由于锥体的厚度大于波长,锥体的周边反射入射波。波在相邻的锥体间不断的反射,再反射很多次。每次反射时总有一部分波被锥体吸收。因此,仅有小部分抵达锥体基座。基座吸收后到达金属板,金属板反射后又进入锥体,再通过多重反射和吸收。最后从锥体的尖返回的波已是非常小了。
电-厚锥体的最佳性能的获得,依靠锥体内渗碳加载的调节,要求碳负载足够小,以便每次波反射时进入锥体的波尽可能多,但渗碳加载又要足够大,以便充分吸收进入锥体的波的能量。
半电波暗室最早用于70年代,作为开阔场地的替代场地,测量辐射发射。频率范围为30-1000MHz。但最早暗室中粘贴的典型的吸波材料厚度为3-6英尺(-)。显然在30MHz的频率上,厚度不可能是几个波长。因此暗室的频率范围被限制在90-1000MHz。
30-90MHz频段的吸波材料开发缓慢,因为无法预测和测量电-薄吸波材料(即厚度<)的性能,只能安装上以后,测量暗室特性来判定。直到80年代中期,计算和测量技术发展以后,对小型宽带吸波材料的评估才成为可能。【4】-【6】中叙述了在理论模型中使用“均质化方法”可以精确地计算吸波材料的反射特性。【7】-【10】中叙述了使用大测试装置直接测小型宽带吸波材料的反射特性。
在整个30-1000MHz的频段都要获得小的反射率,则小型宽带吸波材料必须使用锥形模型,它们在高频段是电-厚模型,但在低频段则是电-薄形材料。电波入射到电-薄型吸波材料上时,它们并不在乎吸波材料的实际几何形状是锥型还是楔型。相反,它们的行为就象照射到一固体媒质上,该媒质的有效和随进入媒质的距离而变化。注意这是有效和有效和构成吸波材料的实际和是不同的。
最佳的吸波材料提供了从空气阻抗到吸波材料基座的波阻抗的逐渐过渡。正确的渗碳加载可使大部分入射波穿透锥或楔,并在通过基座时被吸收。更进一步调节渗碳可以使入射波被锥或楔反射的那一部分和从金属板反射后从吸波材料中透出来的那一部分那互相抵消,这种抵消可以获得非常小的反射率。显然只能发生在较窄的频率范围。一般说来渗碳加载对电-厚和电-薄材料的要求是不同的,【6】因此对于工作频率在30-1000MHz的小型宽带吸波材料(锥或楔型),渗碳加载既要考虑高频时的电-厚,又要考虑低频时的电-薄情况。这是极
富于挑战性的。
60年代初期日本开发了电-薄型铁氧体瓦作为聚氨酯锥型和楔型的替代物。由于瓦的吸波性能和空气比较接近,在空气-瓦片界面反射很小,入射波直接渗入瓦片。又因为瓦片对磁场损耗大,所以渗入波被吸收。如有穿过瓦片的,则被金属板反射,重又回到瓦片,被再次吸收。如还有穿出瓦片回到空气中的,则可以象锥型和楔型吸波材料那样,调节瓦片厚度,在一定的较窄的频率范围内使其与瓦片直接反射到空气中的那一部分相抵消。
近年来,薄锥和楔(200-1000MHz)+铁氧体瓦+介质层(30-600MHz)构成了超小型宽带“混合”吸波材料在30-1000MHz获得了很好的性能【14】【15】。
本文将叙述吸波材料的反射率,包括全锥、绞锥、楔、铁氧体瓦、铁氧体格混合吸波材料,将讨论它们的优缺点及其应用。
反射系数(reflection coefficient) (1)
反射率(reflectivity) (dB) (2)
对各种暗室需要什么样的吸波材料,反射率如何,与暗室大小、形状、用途有关。最可靠方法是先进行预测分析。【16】-【20】叙述了在暗室内部进行麦克斯韦方程式的全三维解法。这里绘出一般指导表格,是根据以往的设计和实践总结出来的。
表一吸波材料反射率的一般指导表格
暗室用途
吸波材料反射率的临界值R(dB)
军用标准
-6dB,正入射,50-250MHz
-10dB,正入射,>250MHz
抗扰度
-18dB,正入射,80-1000MHz
符合场均匀性要求
发射 3m 暗室
-18dB,正入射,30-1000MHz
符合归一化场地衰减
NSA的要求
-12dB, 入射,30-1000MHz
发射10m 暗室
-20dB,正入射