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雷达吸波材料的现状和发展趋势



·

卷第 综 述
·



磁 性 材 料 及 器 件





雷 达 吸 波材料 的 现 状 和 发 展趋 势
吴 明忠



华 中理 工 大 学 固 体 电子 学 系

武汉





首 先 阐 述 了 吸 波 材料 研 究 的意 义 然后 讨 论 了 吸 波 材 料 的 工作 原 理 介 绍 了 吸 波
,

,

材 料的发 展 现 状 及 应用 最 后 指 出 了吸 波 材料 的发 展 趋 势
,

关键 词

吸 波 材料

吸收 剂

雷达 波

,

,

,

,

,

,

,



,

,

引言
隐身 技 术 是 指 在 一 定 遥 感 探 测 环 境 中 降低 目标 的 可 探 测 性 使 其 在 一 定 范 围 内难 以 被 发
,

现 的技 术 在 现 代战争 中 雷 达 是 探测 目标 的最 可 靠 方 法 因此 雷 达 隐 身技术 是 隐 身 技 术 的 重
, , ,

点 雷 达 隐身技 术 的 核 心 是 降 低 目标 的 雷 达 散 射 截 面 积





,

其技 术 途
,


径 主 要 有 两 条 一 是 通 过 目标 的外 形 设 计 降低
吸波 材 料
,


二 是 目标 应 用 吸 收 雷 达 波 的材料 即雷 达
,


目标 的 外 形 设 计 不 仅受 到 战 术 技 术 指 标的 限 制 而 且 使 目标的 生 产 制 造 难 度 大 耗

资 多 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

吸 波材料 的工 作 原 理
一 雹达皿丝且且皇直 称 为 吸 波 材料 它 能 吸 收 衰减 入 射 的雷 达 波 并将其 电磁 能转换 成热 能
, ,

收 稿 日期
·
·











,


‘ ‘

’ ,


,

,




, £

雷 达 吸 波 材 料 结构 示 意 图

一汇二于 一 汇二习



气二 〕一

,




吸 波 材 料结 构 的 等效 电路


而 耗 散 掉 它 的 工 作原 理 与 材料 的 电 磁 特性 有 关 图 图中


为 吸 波 材 料 结构 示 意 图 图 中 阵
,
、 。




,





,

,



,

分 别 为各

层 的相 对 磁 导 率 相对介 电 常数 和 厚 度 由传 输 线理 论 图
, ,

的 吸 波 材 料 可 等效 为 图



的 电路





,

分别 为 各 层 的输入 阻抗
,
, ‘

,

为 第 一 层 吸 波 材 料和 底 板 之

间界 面 上 的输 入 阻 杭 由 于 底 板 为 金 属 板 因 而 有
,

各 层 的输 入 阻 抗 可 由下 式 计



,







,










式中



为 各 层 的特性 阻 抗

,

为 各 层 的 传输 常 数 且
,


二,

侧爵 粤

、 、 二



八 目 产 夕、

,









式 可知材料与 空 气分 界 面 的输 入 阻 抗 为
。 ‘





‘ ‘,







当 雷 达 波透 过 阻抗 为
,



一 脚

。。

’ ,

的 自由 空 间 入 射 到 输 入 阻 抗 为 乙

的界 面 上 时 一 部
,

分 被 反 射 另 一 部 分进 入 吸 波 体



幻 吸波 体 电压 反 射 系数 由 下 式 决 定 〔
, ‘



。 。



功率反 射系数为

二 ‘





。 ‘





式和

式 可 知 在理 想 情 况 下 当 材 料 的输 入 阻 抗 与 自 由 空 间 阻 抗 相 匹 配 时 吸 波 体 对
, , ,


雷 达 波无反 射

进 入 吸 波 体 内 的 雷 达 波 在 吸 波 体 中 传 输 的 同 时 被 吸 波 材 料 损 耗 吸 收 其 电 磁 能 被 转换 成
,

热 能 而 散 失 掉 若 吸 波 材 料 损耗 吸 收 高 则 雷 达 波 可衰 减 为 零 若 吸 波 材 料 损 耗 吸 收 不 高 则 雷
, ,



达 波 可 能 再 次 反 射 回 自 由空 间 材 料 损 耗 吸 收 的高 低 主 要 由材 料 的 磁 损 耗 耗





声 和 介 电损

决定



上 面 讨 论 了 吸波 材 料 的 工 作 原 理 由此 可 知 应 从 阻 抗 匹 配 和 材 料 损 耗 吸 收 两 方 面 来 提 高
, ,

吸 波 材料 的 吸 收 率 阻 抗 匹 配 离 不 开 材料 结构 的 优 化 设 计 而 高 损耗 吸 收 依 赖 于 高性 能 吸 收剂
,



的 研 制 因此 材 料 结 构 设 计 和 吸 收 剂 研 究 成 为 发 展 雷 达 吸 波 材料 的 两 大 关 键
, ,



吸 波 材 料研 究 现 状
吸 波 材 料 的 研 究 早 在 二 战 期 间 在 美 国 和 德 国就 已 开 始 进 行 发 展 至 今 已 有 十 多 种 它 有 多
,


种 分 类 方 法 目前 没 有 权 威 的定 论 主 要 有 下 列 三 种 〔 口
, ,

,



按 材 料 成 型 工 艺 和 承 载 能 力 可分
,

为涂 敷型 吸波材 料和 结构 型 吸波材 料




前 者 是 将 吸 收 剂 与 粘 结 剂 混 合 后 涂 敷 于 目标表 面 形 成
,

吸 波 涂 层 后 者 具 有 承 载 和 吸 收 雷 达 波 的 双 重 功 能 通 常 是 将 吸 收 剂 分 散 在 层 状 结 构 材料 中
,
,

,

或 是 用 透 波 性 能 好 强 度 高 的 高 聚 物 复 合 材 料 如 玻 璃 钢 芳 纶 纤 维 复 合 材料 作 面 板 夹 芯 采
用 蜂 窝 状 波 纹 体 或 角锥体 的夹 芯 结 构
。 、 、 。

按 材料 损耗 机 理 吸 波 材 料 可分 为 电 阻 型 电介 质
,



型 和 磁 介 质 型 三 大类 碳 化 硅 石 墨 等 属 于 电阻 型 吸波 材 料 电 磁 能 主 要 衰 减 在材料 电 阻 上 钦
,

酸 钡 之 类 属 于 电介 质 型 吸 波 材 料 其 机 理 为介 质 极 化驰 豫 损耗 磁 介 质 型 吸波 材 料 的损耗 机 理
,

主 要 归 结 为铁 磁 共 振 吸 收 这 类 材 料 有 铁 氧 体 碳 基 铁 等
,






按 吸 收原 理 吸 波 材 料 又 可 分 为
,
,


吸 收 型 和 干 涉 型 两 类 吸 收 型 吸波 材料 主要 是材料本身对 雷达 波损耗 吸收 干 涉 型 是 利 用 吸波 层 表 面 反 射 波 和 底 层 反 射 波 的 振 幅相 等 相 位 相 反进 行 干 涉抵 消 它 的 缺 点 是 吸 收频 带 很 窄
,

吸 波 材 料 的 吸 波 性 能取 决 于 吸 收 剂 的损耗吸 收 能 力 因 此 吸 收 剂 的 研 究 一 直 是 吸 波 材 料

研 究 的重 点



众 多 吸 收 剂 中 目前 最 受 重 视 的 主 要 有
,

铁 氧 体 系 列 吸 收剂 包 括 镍 锌铁 氧 体 锰 锌 铁 氧 体 和 钡 系 铁 氧 体 等 由于 强 烈的 铁 磁 共
,





振 吸 收 和 磁 导 率 的 频 散效 应 铁 氧 体 吸 收 剂 具 有 吸收 强 吸 收 频 带 宽 的 特 点
,





’ , 丑

因而 被 广 泛 应

用 于 隐 身 领 域 铁 氧体 吸 收 剂 的 缺 点 是 高 温 特 性 差 当 温 度 由
,



℃至

℃变 化 时其 吸 收 性 能
,


呈 下 降趋 势

“ 〕,

而高速 飞行器 如米 格
,


,

要 求吸波 材料在


℃以 上 工 作 〔 二

金 属 微 粉 吸 收剂 包 括 拨 基 铁 粉 拨 基 镍 粉 坡 莫 合 金 粉 及 钻 镍 合 金 粉 等
, ,




金属 微 粉不

仅 具 有 良好 的 电 磁 参 数 而 且 可 以 通 过 调 节 微 粉粒 度 来 调 节 电 磁 参 数 这 个 特 点 有 利 于 达 到 匹
别 配和 展 宽频 带 〔 金属 微 粉 吸 收剂 对 雷 达 波 具 有强 损耗 吸 收 其 损耗 机理 主 要 归 于 铁 磁共 振 吸
,

收和 涡 流损耗 〔
,

·

‘。



多 晶铁 纤 维 系 列 吸 收剂 包 括 铁 纤 维 镍 纤 维 钻 纤 维 及 其 合 金 纤 维 最 新 研 究表 明 纤
, ,







“ 维 状 或针 状 吸 收 剂 的 吸 波 能 力 明 显 优 干 球 状 吸 收剂 〔
,





多 晶 铁 纤 维 不 仅 具 有 纤 维形 状 特 征
,


而 且 具 有复 合 损 耗 磁 损 耗 和 介 电损 耗 机 理 因 而 具 有 重 量 轻 面 密 度 小 于
· ·

频带宽


,

的优 点



改变 纤 维 的 长 度 直 径 含 量 及 排 列 方 式 可 调 节 吸 波 材 料 的 电 磁 参 数
,








视黄 基 席 夫 碱 盐 这 类 高 极 化 盐 类 材 料 结 构 中的双 联 离 子 位 移 能 很 快 将 电磁 能 转 换 成 热 能 散失 掉 用 它 制成 的 吸波 涂 层 可 使 目标 的


降低
,

,

而 重 量 只 有 铁 氧体 吸 波 材料 的

八 。 特 定 类 型 的 盐 可 吸 收 特 定波 长 的 雷 达 波 因 而 可通 过 组 合使 用 不 同类 型 的 盐 来 拓 宽 吸 收

频带〔
,

〕。

手 性 材料




手 性 材 料 与 普 通 材料 的 区 别 在 于 它 具 有 手 性参 数 且 通 过 调 节 手 性参 数 可
,

使材料无反射 它 有两大优势〔

, ’ ‘司

·

一 是 调 节 手性 参 数 比 调 节 电 磁 参 数
,








容 易 易于 实现
,

阻抗 匹 配 , 二 是 手 性 材料 的 频 率 敏 感 性 比 电磁 参 数 小 易 于 实 现 宽频 吸 收

目前 制 造 手 性 吸 波

材 料 的方 法 是 在 普 通 介 质 中加 入 大 小 合 适 并 具 有 手 性 的 微 体 如 较 小 的 金 属 或 陶 瓷 螺 线 圈







手性 材 料 的研 究 是 当前 的 一 个 热 门领 域 一 旦 手 性 材 料 实 用 化 隐 身 技 术 将 被 提 高 到
, ,


一 个 新 的水 平

纳米 超 细 金 属 颗 粒 吸 收剂 这 种 材 料外 观 呈 黑 色 具 有 强 烈 的表 面 效 应 可 以 很 好 地 吸
, ,



收 电磁 波 包 括 可 见 光 和 红 外 线


,

因 而 成 为 物 理 学 家 的 理 想 黑 体 可 用 于 毫 米 波 隐身 及 可 见 光
, ,


“ 和 红 外 隐身 〔 〕 纳 米 超 细 金 属 颗 粒 是 一 种 很 有前途 的 吸 收 剂 有 待 深 入 研 究

吸 波 材 料 的应 用
雷 达 吸 波 材料 广 泛 应 用 于 隐身 技 术 就 减 小 目 标 的
,

而 言 它 的重 要 性 要 大 于 目 标 的
,

外形 设 计

, ,



据 估算 目标外 形 设 计可 使
,


降低
, ’ ’ 幻
,

,

而 吸 波 材料 的 应 用 可使

降低



迄 今 为 止 的 隐身 飞 机 都 采 用 了 吸 波材 料 〔
一 种 称 为 铁 球 的雷 达 吸 波 材 料 应 用 于 飞机




早在

年 美 国 洛克 希 德公 司就 开 始 将
, ,







高 空 侦 察机 的表 面 这 是 第 一 架 采 用 吸 波 材 料 的

第 一 架全 隐身有 人 驾 驶 飞 机




战 斗 机 也 在 机 身 下 表 面 采 用 了 涂 敷 型 吸波 材 料 而
,


机 翼则 采 用 了 吸 波 复 合 材 料 结 构

又如


高 空 侦 察 机 上 使 用 了 铁 氧体 吸 波 涂 层 给 出了一些 军用 飞机 的

,



轰炸

机 的机 身 表 面 蒙 皮采 用 了 蜂 窝 夹 层 材 料



值 由表
,

可知隐

身飞机 计 外形 技术

值远 小于 普 通 飞 机




当 然 这 些 飞 机 在 应 用 雷 达 吸波 材料 的 同 时也 考 虑 了 外 形 设
,



一 些 军 用 飞 机 的雷达散 射 截 面 积
机型
















许 多 隐身 导 弹 和 隐 身舰 艇 也 都 采 用 雷 达 吸 波 材 料 如 在 导 弹 弹 身 局 部 和 舰 艇 上 层 建 筑 表
,

面涂 敷 适 当 的 吸 波 材 料 针 对 反 舰 导 弹 的雷 达 波 段 隐 身 舰 艇 常 选 用 频 带 为 一
,



的雷 达


吸波 材 料

‘,



此 外 吸 波 材料 还 应 用 于 微 波 通 讯 微波 暗 室 抗 电 磁 辐 射 防 止 电 磁 污 染等 方 面
,







例 如铁


氧 体 吸 波 材料 常 被 用 于 舰 艇 夭 线 塔 上 防 止 雷 达 虚 像
,



·

吸 波 材料 的 发 展趋 势
隐身技 术 是 一 项 十分 重 要 的 军事 技 术 在 美 国 它 被 列 为 国 防三 大 高 技 术 之 一 而 吸 波 材
,
, ,

料 是 隐身技 术 的关键 因 此 各军事大 国 都 非常 重 视 吸 波 材料 的 研 究
, ,




吸 波 体厚 度 和 面 密 度 的


大 小直 接 影 响 飞 行器 飞 机 导 弹等 的 空 中高 速 运 转 作 战 能 力 因而 薄
,



厚度 和 轻
,






重量

是 吸 波 材 料 研 究 所迫 求 的 目标 之 一 要 求 厚 度 不 大 于
, ,

,

面 密 度 不大 于
“ ”
,

近几年

来 毫 米 波 雷 达 如 荷 兰 翁 鸟 雷 达 瑞 典 鹰 雷达 等 和米 波雷 达 如俄 罗 斯 高 王 米 波 雷 达 相 继 问世
〕,











而 迄 今 为 止 的 吸波 材 料 都 是 针 对 厘 米 波 雷 达


因 此 未 来 吸波 材 料 将
,

以 兼 容 吸收厘 米 毫 米波 和 米波 为 其 发 展 方 向 追 求 宽 频 带 吸 收
, ,



随 着红 外 探测 技术 的发 展 和
,

先 进 红 外 探 测 器 的 问世 红 外 探 测 在 现 代 战争 中将 占有 越 来 越 重 要 的地 位 如 海 外 战争 中 被 美
国击 落 的飞 机 有
, ,

是 由红 外 制 导 的 空 空 导 弹 击 中 的




〕,

因此 吸 波 材 料 与 红 外 隐 身 材 料


相 容性 的 研 究 也 将 成 为 未 来 吸波 材料 研 究 中的 一 个 重 要 内 容

强 吸 收仍 将 是 吸 波 材 料所 追 求



的 目标 它 是 吸 波 材 料最 基 本 的 要 求
参考文献
廖 绍彬 尹光 俊
甘永 学 等
阳开新
,

总 而 言之

,



薄 轻 宽 强 将 成 为 吸 波 材 料 的发 展 方 向
,







吸 波 材 料对 电 磁 波 的 吸 收 与 反 射

宇 航 材 料工 艺

含 损 耗 介质 和 谐 报 子 复 合 材 料 的 电磁 参 效 测 定 与 反 射 系 数计 算

复合材料学 报

,

铁 氧体 吸 波 材 料及 其应 用

磁 性 材料及 器 件
,

,

都 有为
赵 振声等 张 秀成 等
王会宗

铁氧 体

南 京 江 苏科 学 技术 出版 社

六 角 晶 系 铁 氧 体 吸 收 剂磁 损耗 机 理 研 究

功 能 材料

,

微 波铁 氧 体 吸 收 剂复 磁 导 率和 复介 电常效的温 度 特性 研 究
磁性 材 料 及 其 应 用
, ,

功 能 材料

,

北京 国 防 工 业 出 版社
,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,





,

,



葛副 赚等

·

吸 收剂 烦 位 形状 对 吸 波 材料 性 能 的影 响
,

宇航 材料 工 艺

,

琼斯 著 洪 旗 等 译

隐 身 技术 黑 色 魔 力 的 艺 术



北 京 航 空 工 业 出版 社

,

,

,



,

,

葛副鼎等 曾汉 民 等

单 层 双 层 手 性 吸 波材 料 的 计 算 机 辅 助 设 计

功 能材 料 ”
,
,

高技术 新 材 料要 览


北 京 中 国 科 学 技 术 出版 社 激 光 技术
,

谭显 裕 英

隐身 反 隐 身技 术 发 展 趋 势 理 查森 著 魏 志 祥 等译
,

现 代 隐身 飞 机

北 京 科学 出版 社
,

,

曹铁 生 译
刘世 良
,

隐 身技 术与 现 代 舰 艇

船 舰 电子 对 抗

国 外 反 隐 身技 术 的研 究及 发 展 趋 势 国 外 红 外 材 料 的现 状 与 展 望

上 海航天

,

王曼 俊 赵稼祥

宇从 材料 工 艺

,

吴 明忠

· ·

年 出生

年 毕 业 于 华 中 理 工 大 学 固 体 电 子 学 系磁 性 材 料 专 业 获 学 士 学 位
, ,



年至


月 在 该 校 攻 读 电 子 材 料 专 业 硕 士 学位



月 转 为 直 攻 博士 生



主 要 从 事吸 波 材 料 研 究


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