電波暗室常用吸波材料性能研究

姚慶社

（山東省寧陽縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東 寧陽 271400）

電波暗室常用吸波材料性能研究

姚慶社

（山東省寧陽縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東 寧陽 271400）

吸波材料作為電波暗室的關(guān)鍵部件之一，其各類性能指標(biāo)的優(yōu)劣將直接影響電波暗室整體性能指標(biāo)和使用壽命水平。本文對(duì)吸波材料及其吸波原理進(jìn)行了介紹，對(duì)目前常見的幾種電波暗室吸波材料從材質(zhì)特性、吸波性能、制造技術(shù)等多個(gè)角度進(jìn)行了分析，并結(jié)合分析對(duì)如何進(jìn)行電波暗室吸波材料選用給出了啟示。

電波暗室；吸波材料；吸波性能；材質(zhì)特性

1 吸波材料

吸波材料是指能吸收、衰減空間投射到它表面的電磁波能量，并通過介質(zhì)損耗使電磁波能量轉(zhuǎn)化成為熱能或其它形式能量的一種材料，是影響電波暗室性能指標(biāo)的核心關(guān)鍵之一。吸波材料主要通過采用電磁波投射后，使其盡可能無反射以及產(chǎn)生電磁損耗，使其能量轉(zhuǎn)化的方式實(shí)現(xiàn)吸波功能。根據(jù)材料的反射公式，當(dāng)吸波材料產(chǎn)生電磁損耗對(duì)入射的電磁波進(jìn)行吸收或衰減，使電磁波能量轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)電磁波在介質(zhì)中被最大限度地吸收。因此，吸波材料實(shí)現(xiàn)吸收、衰減電磁波的基本條件為：（1）材料滿足表面阻抗匹配要求，使吸波材料阻抗和自由空間阻抗在盡可能寬的頻率范圍內(nèi)，保持近似相等，使得電磁波盡可能的不被材料反射且被最大可能的進(jìn)入材料內(nèi)部。（2）材料滿足衰減匹配要求，即電磁波進(jìn)入材料內(nèi)能迅速的盡可能的被全部衰減掉。

2 吸波材料電磁損耗類型

依據(jù)吸波材料吸波機(jī)理的不同，通常將吸波材料的電磁損耗分為電損耗型、介電損耗型和磁損耗型等3種類型，典型特點(diǎn)及運(yùn)用實(shí)例見表1。

目前，電波暗室常采用復(fù)合性鐵氧體吸波材料。其中，鐵氧體既是磁介質(zhì)又是電介質(zhì)，能具有磁吸收與電吸收是性能極佳的吸波材料，鐵氧體可分為尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型，其主要吸波特點(diǎn)見表2。

表2 鐵氧體吸波特點(diǎn)

3 泡沫類復(fù)合鐵氧體吸波材料

在電波暗室中該類吸波材料被較多的運(yùn)用，該類吸波材料主要采用聚苯乙烯或聚丙烯為材質(zhì)，使用了聚苯乙烯顆粒外裹碳粉的技術(shù)進(jìn)行成品制造。在3m電波暗室中其典型的單塊約尺寸（L×W×H）為60cm×60cm×(30～60)cm，單塊質(zhì)量約為1．5～3．0kg，采用了較為便捷的掛裝方式進(jìn)行安裝。材質(zhì)具有阻燃型的防火、完全防潮的性能、硬質(zhì)且不易變形的硬度特性以及達(dá)到潔凈標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)無污染環(huán)保型的環(huán)保特性。適用的頻率范圍為30M～40GHz，可適用于進(jìn)行高頻雜散測(cè)試。在3m法電波暗室中，能達(dá)到的最佳場(chǎng)地性能典型指標(biāo)可為歸一化場(chǎng)地衰減（NSA）≤±3．0dB、場(chǎng)地駐波比（Svswr）優(yōu)于4．0dB、場(chǎng)均勻性（FU）100%的點(diǎn)在0～+5dB。但該類吸波材料不適宜進(jìn)行例如幾千伏/米高場(chǎng)強(qiáng)的特種產(chǎn)品測(cè)試。

表1 各損耗類型吸波機(jī)理典型特點(diǎn)及運(yùn)用舉例

4 海綿類復(fù)合鐵氧體吸波材料

因材料制作工藝相對(duì)較為簡(jiǎn)單，因此在電波暗室中該類吸波材料也屬于被較多運(yùn)用的一種，該類吸波材料主要采用聚氨酯或亞聚氨酯（即海綿腔體類材料）為材質(zhì)，使用海綿腔體浸泡容納碳粉的技術(shù)進(jìn)行成品制造。在3m電波暗室中，其典型的單塊尺寸（L×W×H）約為60cm×60cm×(30～60)cm，單塊質(zhì)量約為9．0～12．0kg，采用了較為復(fù)雜的掛裝方式進(jìn)行安裝。材質(zhì)具有阻燃型的防火性能和部分防潮的防潮性能。適用的頻率范圍為30M～40GHz，可適用于進(jìn)行高頻雜散測(cè)試。在3m法電波暗室中，可達(dá)到的最佳場(chǎng)地性能典型指標(biāo)可為歸一化場(chǎng)地衰減（NSA）≤±3．5dB、場(chǎng)地駐波比（Svswr）優(yōu)于5．0dB、場(chǎng)均勻性（FU）75%的點(diǎn)在0～+5．5dB。但硬度特性為軟質(zhì)且易變形，環(huán)保特性雖然能達(dá)到潔凈標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)，但存在局部可能掉碳粉的污染，也不適宜進(jìn)行例如幾千伏/米高場(chǎng)強(qiáng)的特種產(chǎn)品測(cè)試。

5 導(dǎo)電纖維（薄膜型）類復(fù)合鐵氧體吸波材料

該類吸波材料也常見運(yùn)用在電波暗室中，該類吸波材料主要采用導(dǎo)電纖維為材質(zhì)，使用了導(dǎo)電纖維傳導(dǎo)的技術(shù)進(jìn)行成品制造。在3m法電波暗室中，其典型的單塊尺寸（L×W×H）約為30cm×30cm×(60～100) cm，單塊質(zhì)量約為約(2．5～4．0)Kg，采用了較為便捷的掛裝方式進(jìn)行安裝。材質(zhì)具有不燃型的防火性能、完全防潮的防潮性能、薄膜型且不易變形的硬度特性以及達(dá)潔凈標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)無污染環(huán)保型的環(huán)保特性。適用的頻率范圍為30M～40GHz，可適用于進(jìn)行高頻雜散測(cè)試。在3m法電波暗室中，可達(dá)到的最佳場(chǎng)地性能典型指標(biāo)可為歸一化場(chǎng)地衰減（NSA）≤±3．5dB、場(chǎng)地駐波比（Svswr）優(yōu)于5．5dB、場(chǎng)均勻性（FU） 100%的點(diǎn)在0～+5dB。通常該類吸波材料存在組合使用鐵氧體和不組合使用鐵氧體兩種運(yùn)用方法，前者多在使用短尖劈和小電波暗室中被運(yùn)用，后者多在長(zhǎng)尖劈和大電波暗室中被應(yīng)用。

6 陶瓷或塑膠類復(fù)合鐵氧體吸波材料

目前國(guó)內(nèi)該類吸波材料在電波暗室中的應(yīng)用較為小眾，該類吸波材料主要采用陶瓷或特種橡膠為材質(zhì)，使用了鐵氧體型衰減電磁波的技術(shù)進(jìn)行成品制造。在3m法電波暗室中，其典型的單塊尺寸（L×W×H）約為10cm×10cm×(5～8)cm，單塊質(zhì)量約為(0．8～1．5)kg ，采用了較為復(fù)雜的掛裝方式進(jìn)行安裝。材質(zhì)具有不燃型或阻燃型的防火性能、完全防潮的防潮性能、金屬硬質(zhì)且不易變形的硬度特性以及達(dá)潔凈標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)無污染環(huán)保型的環(huán)保特性，并且尺寸較小，適合在空間受限的一些特殊空間中使用。在3m法電波暗室中，可達(dá)到的最佳場(chǎng)地性能典型指標(biāo)可為歸一化場(chǎng)地衰減（NSA）≤±3．0dB、場(chǎng)地駐波比（Svswr）優(yōu)于6．0dB、場(chǎng)均勻性（FU） 75%的點(diǎn)在0～+5．5dB1。該類吸波材料可為受建設(shè)空間限制的電波暗室節(jié)約出一定空間，并且適宜進(jìn)行例如幾千伏/米高場(chǎng)強(qiáng)的特種產(chǎn)品測(cè)試。但該類吸波材料適用的頻率范圍為30M～18GHz，不可適用于進(jìn)行高頻雜散測(cè)試，同時(shí)造價(jià)較為昂貴。

7 結(jié)語

吸波材料的性能指標(biāo)直接影響電波暗室的整體性能指標(biāo)，因此在吸波材料選用過程中，應(yīng)依據(jù)電波暗室的預(yù)期用途、建設(shè)條件和使用環(huán)境進(jìn)行綜合分析判斷。首先應(yīng)盡可能選用能使電磁波不被反射并被最大可能的進(jìn)入其內(nèi)部、且電磁波進(jìn)入其內(nèi)部后能被迅速衰減掉的材料作為吸波材料，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合電波暗室預(yù)期用途進(jìn)行吸波材料的合理選擇。

根據(jù)本文對(duì)各種類型吸波材料的分析，可以得出以下結(jié)論：若所建設(shè)電波暗室需進(jìn)行高頻雜散測(cè)試，則可選擇泡沫類、海綿類和導(dǎo)電纖維類復(fù)合鐵氧體吸波材料，而不應(yīng)采用陶瓷或塑膠類復(fù)合鐵氧體吸波材料；若所建設(shè)電波暗室的預(yù)期使用壽命較長(zhǎng)，則可選泡沫類、陶瓷或塑膠類復(fù)合鐵氧體吸波材料，而不宜采用海綿類等復(fù)合鐵氧體吸波材料；若電波暗室擬在高濕度地區(qū)使用，則應(yīng)選擇具有完全防潮性能的吸波材料；若電波暗室的地基承載力有限，則應(yīng)可選擇較輕的吸波材料。

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1671-0711（2017）08（下）-0206-02