活性碳氈電路屏復合材料的結(jié)構(gòu)設計與吸波性能研究.pdf

1、本論文基于結(jié)構(gòu)型吸波復合材料的設計原理，以含有頻率選擇表面(FSS)的活性碳氈(ACF)作為吸波體，玻璃纖維布為阻抗匹配層制備環(huán)氧樹脂基活性碳氈電路屏(ACFFS)吸波復合材料。設計了感性縫隙型、容性貼片型、組合單元型三種類型的FSS，最終優(yōu)化了材料的吸波性能。論文系統(tǒng)研究了不同類型的FSS對復合材料吸波性能的影響因素，并初探了吸波機理。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)分別制備了三種感性縫隙型FSS，并研究不同形狀、尺寸、排列

2、方式對材料吸波性能的影響。結(jié)果表明:感性FSS縫隙單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)對復合材料的吸波衰減性能影響顯著;三角縫隙碳氈電路屏復合材料獲得的有效帶寬明顯優(yōu)于圓形縫隙。對于圓形縫隙碳氈電路屏復合材料，當縫隙直徑為28mm、間距為8mm時，其最低反射衰減值為-27.1dB，-10dB以下有效吸收帶寬為6.1GHz。對于三角縫隙碳氈電路屏復合材料，當縫隙反向交錯排列、邊長為30mm、間距為12mm時，垂直極化和水平極化下有效吸收寬度分別可達12.6GH

3、z和9.8GHz。感性縫隙型FSS吸波機理主要是:電磁波在FSS與全反射板之間多次反射，而逐漸被ACF氈自身損耗機制而衰減吸收。
　　(2)設計了具有帶阻性的容性貼片型FSS。分別制備了含圓形、同向平行排列三角形、反向交錯排列三角形的三種類型容性FSS。發(fā)現(xiàn):容性貼片F(xiàn)SS對材料的吸波性能的影響與感性縫隙型FSS相似，都與單元的形狀、尺寸、排列方式密切相關(guān)。貼片型容性碳氈電路屏復合材料，比較容易產(chǎn)生兩個以上的多峰吸收現(xiàn)象，-10d

4、B以下的吸收衰減較多活躍在低、中頻區(qū)域（2-10GHz）。同時發(fā)現(xiàn)對于具有方向性的三角貼片，其垂直極化和水平極化下的吸收效果差異很大，例如，反向交錯排列的貼片ACFFS復合材料，在垂直極化可以獲得高達15.3GHz有效吸收帶寬，但在水平極化卻顯示出較強的頻率選擇性。因此，通過設計FSS的單元結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以獲得符合特定應用需求的吸波復合材料。研究進一步證實貼片型容性ACFFS的周期結(jié)構(gòu)與感性的有所不同，前者對入射電磁波的吸收衰減效應主要受

5、渦流損耗和散射效應影響。
　　(3)進一步研究了同時含有感性縫隙和容性貼片的組合單元型FSS的復合材料的吸波性能。結(jié)果表明:將容性貼片填至三角縫隙中，雖然有效帶寬有所降低，但在一定程度上可以實現(xiàn)對低頻區(qū)域電磁波的吸收。另外，將容性貼片單元填至感性FSS圓形縫隙中，雖然其最低反射衰減值略有降低，但-10dB以下有效吸收帶寬被有效地拓寬且向低頻移動，同時貼片的大小具有最優(yōu)值。對比知，在縫隙中加入圓形貼片比三角貼片的吸波效果要好。當將圓

6、貼片嵌入圓形縫隙中，貼片直徑為28mm時，圓形縫隙電路屏復合材料的有效吸收帶寬得到很好的改善，由4.1GHz增至9.5GHz。因此，組合單元型為碳氈電路屏復合材料在低頻區(qū)域的有效吸收提供一定的設計思路。組合單元的頻率響應特性同時兼有帶通和帶阻的雙帶特性，其對入射電磁波的吸收衰減效應也主要是感性屏與容性屏相互耦合作用的結(jié)果。
　　論文通過合理設計FSS結(jié)構(gòu)單元，同時將FSS與ACF有效地復合使用，成功制備出了具有高吸收、寬頻的承載型