微波段柔性复合材料的宽频吸波仿真模拟研究

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随着电子技术的飞速发展,人们生活中电磁辐射不断增多。恶化的电磁环境不仅会干扰电子仪器、设备的正常工作,而且会影响人类的健康。军事上,武器装备的国际竞争日趋激烈,由于现代探测技术和精确制导武器的迅速发展,给地面军事目标的保护造成了极大的威胁,因此研究武器的隐身性能愈发重要。柔性吸波材料正是军事隐身、微波暗室、微波通讯、电磁信息泄漏防护、电磁干扰防护、电磁辐射防护等国防军工与民用技术领域中不可忽略的材料之一。随着近年电磁屏蔽、隐身技术、计算电磁学的快速发展,柔性吸波材料的设计与研发越来越受到人们的关注。理想的柔性吸波材料应当具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄、物理力学性能好、适用范围广等特点。本文首先基于传统涂层工艺与织物基本特征构建了双层涂层织物三维模型,通过仿真计算预测了石墨/碳化硅双层涂层织物在1GHz-20GHz频率范围内的吸波性能。制备出石墨/碳化硅双层涂层织物样品,采用封闭场测试法测试其在5.85GHz-8.2GHz频率范围,其测试吸波率与计算值相对误差为8.72%,可较好吻合。验证了预测结果与仿真计算模型的可信度。然后基于电磁波在介质中的传播机理与电磁超材料(电磁超介质)设计理论设计了三款微波段电磁超介质柔性超薄宽频吸波材料,分别为矩形表层、三角形表层、以及六边形表层柔性宽频吸波材料。运用等效相对阻抗计算、表面电流分布、能量损耗、等效电路等分析方法,详细阐述了三款微波段电磁超介质柔性超薄宽频吸波材料的吸波原理,通过对比分析了各自的优缺点。研究结果表明:
  在横电波或横磁波垂直入射时,矩形表层柔性宽频吸波材料的工作频点为8GHz,其吸收率大于90%的频率范围均为4.08GHz-11.28GHz,相对频宽为93.75%,整体厚度约为1.7mm,是一款超薄、不受入射方向影响、适用于c波段与x波段的吸波柔性复合材料;三角形表层柔性宽频吸波材料的工作频点为15GHz,其吸收率大于90%的频率范围均为11.3GHz-18.9GHz,相对频宽为50.33%,整体厚度仅为1.3mm,是一款极薄、基本不受入射方向影响、适用于Ku波段的吸波柔性复合材料;六边形表层柔性宽频吸波材料的工作频点为14.5GHZ,其吸收率大于90%的频率范围均为9.6GHz-17.84GHz,相对频宽为60.06%,整体厚度也仅为1.3mm,是一款极薄、在固定入射方向可大角度入射、适用于x波段与Ku波段的吸波柔性复合材料。
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