淺談雷達吸波材料的發(fā)展現(xiàn)狀

摘要：隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化武器裝備對于隱身性能的需求越來越強烈，隱身性能已經(jīng)成為衡量一種武器裝備先進性的一項重要標準，現(xiàn)階段實現(xiàn)隱身技術主要的手段是通過雷達吸波材料，本文就傳統(tǒng)和新型雷達吸波材料的發(fā)展現(xiàn)狀進行了評述以及展望。

關鍵詞：雷達吸波材料 隱身技術

中圖分類號：F2文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0037-02

1 前言

隨著現(xiàn)代軍事技術的發(fā)展，對飛行器和艦艇的探測技術越來越成熟。針對日益成熟并完善的雷達、紅外、可見光和聲學探測系統(tǒng)，隱身技術（stealth technology）或低探測技術（low observable technology）應運而生。隱身技術是通過研究利用各種不同的技術手段來降低己方目標的可探測特征信號，使其與探測背景難于區(qū)分，最大程度地降低敵方探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率，使己方目標、己方的武器裝備不被敵方的探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。它使初級的偽裝技術由消極被動變成了積極主動，能夠顯著提高戰(zhàn)場生存和攻防能力，實現(xiàn)隱形、機動、突擊和防護的完美結合。隱身技術最初出現(xiàn)在20世紀70年代，并在80，90年代迅速發(fā)展，最早應用在飛機上。從F-117到F-22，美國隱身技術走過的是一條“外形-涂料-材料”的軌跡。F-117采取的主要隱形措施就是外形隱身。它完全采用鉆石切割技術的多面多角形設計，把射來的雷達波向各個方向散射，讓敵方雷達難以發(fā)現(xiàn)目標。B-2隱形轟炸機運用大量碳纖維復合材料和特制的吸波涂料將雷達散射截面（RCS）降低至0.1m2左右。美國研制的“科曼奇”隱身直升機的雷達散射截面只有其他常規(guī)直升機的1%，是“阿帕奇”的1/400，紅外特征僅是后者的1/4。由此可見，美國在隱身技術領域具有明顯的優(yōu)勢。吸波材料是隱身技術的重要組成部分，在裝備外形不能改變的前提下，吸波材料是實現(xiàn)隱身技術的物質基礎。因此，開展吸波材料的研究是我國保持軍事競爭力的重要手段，具有重要的戰(zhàn)略意義。

雷達吸波材料是一種可以吸收入射雷達波能量，從而把他轉變成熱能發(fā)揮掉；或使雷達波受到材料的干擾而消失。傳統(tǒng)雷達吸波材料可分為電阻型、電介質型和磁介質型。新型吸波材料包含納米材料、多晶鐵纖維、手性材料、導電高聚物吸波材料、等離子體吸波材料和可見光、雷達和紅外兼容吸波材料。

2 傳統(tǒng)吸波材料發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 電阻型吸波材料

電阻型吸波材料包含特種碳纖維、碳化硅纖維、石墨和導電高聚物等，因其具有較高的電阻耗正切角，可將雷達波以熱能方式消耗掉?？茖W家們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過特殊處理的增強型碳纖維樹脂基吸波材料的吸波性能非常好，已經(jīng)廣泛應用在軍事設計上，他可以大幅度衰減0.1MHz～50GHz的雷達脈沖；碳化硅纖維具有密度小、韌性高、電阻率高、耐高溫性能好等優(yōu)點，已經(jīng)成為國外發(fā)展最快的吸波材料之一。

導電高聚物材料可與超微粒子復合形成金屬絡合物，其加工性、成膜性較好，是理想的雷達吸波材料。國外聚苯胺材料與氰酸鹽復合成的雷達吸波材料及以希夫堿磺基鹽類為基底的新型導電高聚物隱身材料已經(jīng)應用在武器裝備制造上。美國賓夕法尼亞大學研制了以聚乙炔為主材料的吸波材料，可吸收90%以上的35GHz的微波。

石墨也被廣泛的應用在吸波材料的研制上，并在石墨-熱塑性樹脂基復合材料及石墨-環(huán)氧樹脂基復合材料的研究上獲得了很大的進步。波音公司和洛克希德-馬丁公司正在積極將石墨-熱塑性樹脂基復合材料使用在飛行器制造上。

2.2 電介質吸波材料

電介質吸波材料主要以鈦鋇酸等吸收劑為代表，依靠介質的電子極化、離子極化和分子極化等手段衰減雷達波。

2.3 磁介質吸波材料

以鐵氧體、超金屬微粉和羥基鐵為代表的磁介質吸波材料具有較高的磁損耗正切角，依靠磁滯損耗、自然共振、渦流損耗等磁極化機制衰減、吸收電磁波。將鐵氧體粉末分散到磁體微粒中而制成的復合鐵氧體材料可以適度延寬吸收頻帶、降低材料厚度。日本在鐵氧體吸波材料的研制中處于世界領先地位。日本防衛(wèi)廳技術研究所與東麗株式會社研制的吸波結構：由吸波層（由碳纖維或碳化硅纖維與樹脂復合而成）、匹配層（由氧化鋯、氧化鋁、氮化硅或其它陶瓷制成）、反射層（由金屬、薄膜或碳纖維織物制成）構成，厚度為2mm，樣品在7～17GHz內反射衰減>10dB。最近報道的由日本研制的雙層結構寬頻吸波材料成為世界上最好的吸波材料，他可吸收1-20GHz的雷達波，吸收率可達20dB。

3 新型吸波材料的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 納米吸波材料

納米材料的尺寸遠小于雷達波的波長，因此對雷達波的透射率比常規(guī)材料要強得多，從而減少了飛機對雷達波的反射，這是納米材料能用作飛機隱身材料的原因。西方發(fā)達國家都將納米吸波材料作為新一代雷達吸波材料。美國研制的一種叫“超黑粉”的納米吸波材料對雷達波的吸收率達到99%，目前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外及可見光波段的納米復合吸波材料。法國新近研制成功的一種寬頻吸波材料由粘合劑與納米微屑填充材料構成，在50MHz～50GHz頻帶內具有優(yōu)良的吸波性能。我國這方面的研制單位主要以成都電子科技大學、青島科技大學和西北工業(yè)大學為代表，也已經(jīng)取得了一定的進展。

3.2 多晶鐵纖維吸波材料

多晶鐵纖維吸波材料包括鐵、鈷、鎳及其合金纖維。其電阻率較小，且具有較高的磁導率，能夠產(chǎn)生強渦流損耗。多晶鐵纖維具有獨特的形狀各向異性、層狀排列，因而對電磁波吸收強，兼具頻帶寬、面密度低、可吸收行波、吸收與入射角無關等特點，目前美國、法國等應用于軍事裝備上。

3.3 手性吸波材料

手性是指一種物體與其鏡像不存在幾何對稱性且不能通過任何操作使物體與鏡像相重合的現(xiàn)象。研究表明，具有手征特性的材料能夠減少入射電磁波的反射并能吸收電磁波。采用手性材料的結構與微波相互作用的研究始于50年代。到80年代有關手性材料對微波的吸收、反射特性的研究才有一些研究部門的重視。目前對其的研究是在基體材料中摻雜手性結構物質形成的手性復合材料。摻雜的手性物質尺寸應具有與微波等量級的特征尺寸，比如螺旋碳納米管等手性物質。

3.4 高溫吸波材料

戰(zhàn)斗機和巡航導彈等空中武器局部工作溫度可達700℃～1000℃以上，常規(guī)雷達吸波材料很難滿足工作要求。所以在武器裝備的高溫部位必須采用特殊的陶瓷吸波材料。日本利用純度極高的碳化硅原料，制得幾乎不含任何雜質的碳化硅粉體，該粉體具有很寬的吸收頻帶和很好的吸波性能，該方法的缺點是成本非常高。國外高溫吸波材料的研制主要集中在陶瓷基復合材料，較早報道的耐高溫吸波材料是SiC、Si3N4等復合材料；日本研制的SiC/Si3N4/C/BN耐高溫陶瓷吸波材料，在耐高溫的同時有著較好的吸波性能。

3.5 等離子體吸波材料

實驗證明，用等離子氣體層包圍諸如飛機、艦船、衛(wèi)星等裝備的外表面，當雷達波碰到這層特殊氣體時，由于等離子體層對雷達波有特殊的吸收和折射特性，使反射回雷達接收機的能量很少。美國休斯實驗室對其做了研究實驗：應用等離子體技術可使一個13厘米長的微波反射器的雷達平均散射截面在4～14GHz頻率范圍內平均減小20dB，即雷達獲取的回波能量減少到原來的1%。這種技術擁有如下幾個特點：吸波頻帶寬、吸收率高、隱身效果好、使用簡便、使用時間長、費用比較低等，但是對技術的要求較高。

4 雷達吸波材料研究前景展望

吸波材料的基本要求是：“薄”、“輕”、“寬”、“強”，目前的吸波材料還不能全面達到理想目標，因此吸波材料的發(fā)展將向著納米化，復合化發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展空間；同時隨著探測技術的進步，可見光及紅外隱身的問題逐漸突出，由于雷達波、紅外波、可見光是處于不同波段的電磁波，因此如何使吸波材料在幾個波段彼此兼容，成為今后研究的主要方向之一。

參考文獻

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