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暗室宽频吸波材料的设计、制备与性能研究

   电磁干扰(EMI)是电子、电信、通讯、网络、雷达等系统在工作中常见的一种电磁污染现象。在通信领域,OTAOver-The-Air)测量对象更多的向小型移动终端发展,同时用于OTA测量的平台——微波暗室,对纯净电磁环境的要求也越来越高。吸波材料是一类具有吸收电磁波,减弱杂波对系统干扰的材料,因而广泛的应用于各种测量暗室及其他电磁屏蔽领域。

 

  吸波材料种类繁多,按其吸波剂电磁波吸收机理可分为:电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型。暗室用吸波材料主要有吸波泡沫和吸波橡胶两大类,前者是硬质或软质电阻损耗型泡沫复合材料,后者多为磁损耗型橡胶复合材料。然而,泡沫吸波材料多为金字塔形,尺寸较大,且其吸波性能与材料高度成正比,这对材料使用的空间有限制。吸波橡胶常见的形态为吸波贴片,由于是平板结构,材料一般具有较窄的频宽。为满足吸波材料“质量轻、厚度薄、频带宽、吸收强”的特点,研究者做了大量工作,包括采用蜂窝角锥结构,调整吸波材料的厚度或是吸收剂种类和用量来扩展频宽和提高吸收强度。此外,采用电阻片制备阻抗渐变结构体和超材料也能改善材料的吸波性能。这些改善措施从工艺及经济角度上存在一定程度的制约。

 

  羰基铁是一种常用的磁损耗吸波剂,广泛的应用于磁流变液,电感铁芯以及电磁波吸收材料。羰基铁独特的洋葱头结构使其具有较高的电磁性能,且其电磁参数可通过加工工艺调整,得到较好的吸收效果。将羰基铁分散在橡胶聚合物基体中,通过结构设计,可制备一种小型的阻抗渐变吸波体。这种结构结合了大型泡沫材料的几何锥体的优势与橡胶平板材料的柔性优点,同时通过仿真优化,得到的吸波材料具有体积小、吸收强、易加工、可定制等特点,能适用于有限空间的测量环境。

 

  复合材料电磁性能的测试采用了厚度为3mm的片材。图3和图4给出了不同体积分数吸波剂的硅胶-羰基铁复合材料(硅胶S+羰基铁1#)的特征电磁参数。随着吸波剂体积分数从32%增加到40%,材料的复磁导率实部和虚部均呈增大的趋势,u’由2.0增加到2.5u”由1.0增加到1.5;而随着频率的增大,磁导率实部逐渐减小,虚部在较窄的频段内无明显变化。同样,图4a和图4b给出了复合介电常数的曲线图。当体积分数增加到40%时,复介电常数实部由11增加到16.5,;由于材料是非电损耗型,介电常数虚部基本为0。这种电磁参数随吸波剂体积参数变化的趋势也被其他实验研究所证实。

 

  移动终端的小型化(如手机、平板电脑、音乐设备等)推动了小暗室有源测试的发展,这类测试应用具有测试速度快、建造成本低,费效比高的优点,是一种小型化快测系统应用。通过计算机仿真指导材料设计与制备,我们得到了一种小型角锥橡胶吸波材料,该材料体积小,吸收强,特别适用于小型或微型暗室,材料具有以下特征:

 

  (1)几何角锥的各个兴发娱乐官网的尺寸对材料的吸波性能有影响,角锥底座高度对低频反射率影响较大,底座高度和锥体总高对高频反射率影响较大。

 

  (2)对于给定的电磁参数,材料在满足无线通信频段内,优化后角锥的最优尺寸为L=2mm,W=6mm,H=10mm

 

  (3)橡胶角锥的吸波性能优于同等材质的单层和双层平板结构。

 

  (4)通过调节原料配比,可根据需求设计不同频段的吸波材料。