谐振型吸波材料

       谐振型吸波材料是利用干涉原理来降低电磁波的反射,也称为A/4吸波材料,包括 Dallenbach层、 Salisbury屏和 Jaumann层。这类材料的阻抗与空气并不匹配,并且材料对厚度有一定要求,因此并不能完全吸收所有的电磁能。

(1) Dallenbach层吸波材料
Dallenbach层吸波结构由在导电板前放置的均匀有耗介质层构成,如图2-27所示。研究发现,单层的 Dallenbach结构无法得到宽频的吸波材料,因此,人们采用多层结构拓宽它的吸收频段。 Mayer F.用两层或多层吸收层增加吸收带宽,第一层为吸波材料与空气界面处的缺氧体层,第二层为含有金属的短纤维层。通过拉格朗日方法可以优化多层 Dallenbach吸波材料,该方法已经被用来设计锥体形和A/4吸波器。

 
                     图2-27  Dallenbach层                                                              图2-28Salisbury屏

(2) Salisbury屏吸波材料
       Salisbury屏是将合适阻抗的电阻屏置于金属背底反射面的A/4处,形成谐振型吸波结构,如图2-28所示。这种结构可以使从金属背底和阻抗层反射的电磁波相位相反,从而实现“零反射”。当薄层电阻等于自由空间的阻抗时,最优 Salisbury屏的厚度d=1/Z0a式中,a为薄片的电导率;d为电阻层厚度。Salisbury屏的吸波性能与吸波体的厚度、介质层的介电常数相关。吸波体的厚度和介电常数增大会导致电长度增加,使吸收峰向低频移动,实现低频强吸收。由 Salisbury屏的结构可知,纯电损耗型材料的电阻膜应置于最大电场处,即距金属表面A/4处;而磁损耗型材料则置于最大磁场处,即金属表面为最好由于电损耗屏必须置于金属面上方A/4处,这就导致吸波结构比较厚,所以这种结构只能适用于不限制材料尺寸的场合。另外, Salisbury屏对谐振频率外的电磁波不能实现“零反射”,吸波频率的带宽较窄。导电聚合物也可作为吸波材料来设计制备 Salisbury屏,并用光学传输矩阵法来研究其吸波性能。

(3) Jaumann层层吸波材料
       在 Salisbury屏的基础上,通过增空气加电屏薄片和隔离层时数量来改善吸传播方向收带宽,由此发展出了新的吸波材料,被称为 Jaumann吸波材料,如图2-29所示。具有不同电磁特性的各层材料可图2-29 Jaumann层以各种算法优化设计组合得到阻抗合适、性能较好的吸波材料。通过分析研究阻抗匹配特性,发现介质层递变组合可满足阻抗匹配条件,同时引入容抗和感抗等电抗因素能更好地改善其厚度/带宽比特性,也可采用递变介质阻抗结构来满足介质层阻抗连续变化的同时损耗增大的特性,进而实现结构吸波材料在较宽频段的谐振吸收。多层 Jaumann层吸波材料的内部结构由低损耗介质隔开。一个6层Jaumann层吸波材料在7~15GHz反射率可达-30dB。J.R, Nortier等利用等效传输线理论研究了7层电阻片 Jaumann型吸波体,结果表明该结构具有理想的吸收宽带。