吸波隐身材料的设计原理
日期：2019-01-10 10:16
由于目前各国探测目标的手段主要为微波雷达,它利用电磁波在传播过程中遇见介质变化时将在界面产生感应电磁流,并向四周辐射电磁能的原理,通过分析雷达接收天线截获(或感应)的辐射电磁能,便可判断目标的距离,方位,大小、类型等。隐身的目的就是避免接收天线截获到此辐射能(隔磁片)。首先应避兔的是产生感应电流,这主要靠材料设计实现,其次是避免天线接收到电磁能的辐射,它主要靠外形设计实现。假设雷达发射的功率为P,接收的辐射功率为P,,则有关系式:Pr=PtG2λσ/(4π)3R4式中,G为天线增益(最大辐射方向的功率与平均值的比值),A为电磁波波长;R为目标距离;a为雷达散射截面。
这里取决于目标特性的只有雷达散射截面a,它与目标的大小,电磁特性参数(与形状、波长相关)及反射系数有关,而反射系数取决于界面材料的电性能及雷达波的波长,入射角和入射极化(电场与入射面的关系)。对平面界面,当入射角垂直于界面时,垂直极化与平行极化的反射系数相等,即有,R=(Z2-21)/(Z2+21)式中,Z1、Z:为两种介质的本征阻抗,由介质的介电常数ε和磁导率确μ定,即Z1=√μ1/ε1,Z2=√μ2/ε2,由式(2-5)可得不反射条件为Z1=Z2或μ1/ε1=μ2/ε2.
由此可见,从目标结构选材方面缩减雷达散射截面的途径为避免两种介质阻抗的剧烈变化,确保阻抗渐变或匹配,它可通过材料的特殊设计实现,即将材料设计成表面阻抗接近自由空间阻抗,随厚度增加,阻抗减小。其方法有两种:一为采用具有上述电特征的板层结构;二为在主体材料中加入具有相反电特征的物质微粒——导体加陶瓷等绝缘微粒,而绝缘体加金属微粒,且随厚度不同,微粒的密度不同。另外从能量守恒角度看,电磁波反射减小,折射必增大,如果不将其损耗,当其遇到其他界面(如蒙皮内部或内部结构)时还将反射。损耗的方法为将其转变成其他(如热)能,这也得通过特殊材料的特殊设计实现。目前常用的损耗电磁能手段有以下三种:一是介电物或微粒型,借助介电物或向微粒的分子在电磁作用下趋于运动,又将受限定电导率限制而将电磁能转换为热能损耗掉;二是磁化物或粒子型,借助内部偶极子在磁能作用下运动,同时受限定磁导率影响而将电磁能转变成热能损耗掉;三是反相干涉型,采用一定的结构形式使入射波相位与反射波相反来衰减电磁能。目前人们还在探过其他途径,如利用异性同位素产生的等离子吸收电磁波从而获得高效能。
由此可见,从目标结构选材方面缩减雷达散射截面的途径为避免两种介质阻抗的剧烈变化,确保阻抗渐变或匹配,它可通过材料的特殊设计实现,即将材料设计成表面阻抗接近自由空间阻抗,随厚度增加,阻抗减小。其方法有两种:一为采用具有上述电特征的板层结构;二为在主体材料中加入具有相反电特征的物质微粒——导体加陶瓷等绝缘微粒,而绝缘体加金属微粒,且随厚度不同,微粒的密度不同。另外从能量守恒角度看,电磁波反射减小,折射必增大,如果不将其损耗,当其遇到其他界面(如蒙皮内部或内部结构)时还将反射。损耗的方法为将其转变成其他(如热)能,这也得通过特殊材料的特殊设计实现。目前常用的损耗电磁能手段有以下三种:一是介电物或微粒型,借助介电物或向微粒的分子在电磁作用下趋于运动,又将受限定电导率限制而将电磁能转换为热能损耗掉;二是磁化物或粒子型,借助内部偶极子在磁能作用下运动,同时受限定磁导率影响而将电磁能转变成热能损耗掉;三是反相干涉型,采用一定的结构形式使入射波相位与反射波相反来衰减电磁能。目前人们还在探过其他途径,如利用异性同位素产生的等离子吸收电磁波从而获得高效能。
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