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《大连理工大学》 2006年
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微波暗室用谐振型角锥吸波材料的研究

吕述平  
【摘要】:本文提出一种以聚丙烯阻燃空心板为锥体外壳,中间填充聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)颗粒为载体的吸波材料。EPS颗粒中有许多封闭的空腔,外表涂敷一层炭膜,具有较强的化学稳定性和水稳定性、良好的力学性能,可以作为一种理想的吸波材料。外壳材料采用阻燃聚丙烯空心板材,由于加入阻燃剂,极大提高了聚丙烯塑料的阻燃性。采用空心板降低了吸波材料的重量,满足吸波材料对于“轻”的要求。 引用瑞利散射原理,分析了单体EPS球对电磁波的吸收。通过对散射截面和吸收截面计算公式的推导,分析了吸收性能的影响因素,包括频率、吸收体形状大小、EPS球大小、含炭量。随着频率增加,材料吸收性能也增加。吸波材料具有最佳填充高度,小于该高度,随着高度增加吸收性能增大;超过该高度后,随着高度增大,材料的吸收能力没有明显变化。含炭量也有一最佳值,小于该临界值,随着炭含量增加吸收增强;如果超过这个临界值,电磁波较多的被反射导致吸收下降。随着EPS球变小,单位体积内球体的总表面积增大,吸收体的含炭量也将增大,所以EPS球大小对吸收性能的影响与含炭量的变化一致。材料的吸波性能主要由以上四个因素决定,各因素之间相互影响,相互制约,因此对于特定条件下的最佳因素组合,要具体问题具体分析。 以填充后的吸收体为研究对象,将其等效为一谐振腔,根据谐振腔理论分析各因素对它的影响。根据谐振频率公式,随着含炭量增加谐振频率降低,发生谐振的频率越低,吸收效果越好。但是前提是炭含量不能太大,如果大到电磁波无法穿过吸收体,谐振理论将不再适用。 测试结果表明,对于平板填充材料,最佳工艺参数为:填充厚度4cm,炭粉含量4%,EPS球直径2mm。在8-12GHz范围内,吸收均在30dB以上,平均值在40dB以上,达到理想的吸收效果。锥体填充材料吸收性能测试结果表明,颗粒直径4mm,炭粉含量4%时吸收最好,吸收均在45dB以上,平均值在55dB以上,此时锥体高度500mm,随着锥体高度增加,吸收将增大。 根据阻抗匹配原理,将锥体内炭粉按照从锥顶到锥底逐渐增加呈阶梯分布,有效解决了阻抗匹配问题,减少了反射。并对两种阻抗渐变方式进行了比较。结果表明,采用不同粒径EPS颗粒的吸波材料吸收效果较好,高于未考虑阻抗匹配同类吸波材料5dB以上。
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