莫漫漫 馬武偉 龐永強 陳潤華 張笑梅柳兆堂 李想 郭萬濤

1)(中國船舶重工集團公司第七二五研究所,洛陽 471023)2)(江蘇賽博空間科學(xué)技術(shù)有限公司,南京 210000)(2018年6月14日收到;2018年8月28日收到修改稿)

本文基于拓撲優(yōu)化方法設(shè)計并制備了一種寬頻吸波復(fù)合材料,該吸波復(fù)合材料由高強玻璃纖維透波板、電阻損耗型超材料、聚氨酯泡沫和碳纖維反射板組成.仿真及測試結(jié)果表明,該吸波復(fù)合材料在2—18 GHz頻段內(nèi)的平板反射率均小于?12 dB.并且由于采用高強玻璃纖維及碳纖維復(fù)合材料作為面板層,聚氨酯泡沫作為芯材,因此該吸波復(fù)合材料不僅在較寬頻帶內(nèi)對電磁波具有高的吸收率,同時還具有質(zhì)量輕、耐高溫、耐低溫、耐濕熱、抗腐蝕等特點,便于實現(xiàn)吸波與力學(xué)性能及耐環(huán)境性能的兼容,具有一定的工程應(yīng)用價值.

1 引 言

在海洋精確制導(dǎo)技術(shù)及探測雷達不斷發(fā)展的同時,反雷達偵破的吸波材料也獲得了空前發(fā)展.大力發(fā)展隱身技術(shù),盡可能地消除或減弱武器裝備的暴露征候,對提高其戰(zhàn)場生存以及突防能力具有非常重要的軍事意義.在雷達特性一定的情況下,降低目標雷達回波的主要途徑包括目標外形設(shè)計、采用雷達吸波材料、無源對消和有源對消.其中,外形設(shè)計和采用吸波材料為最常用途徑.基于外形設(shè)計的雷達隱身(簡稱外形隱身)是實現(xiàn)目標隱身最直接有效的手段,其原理是利用系統(tǒng)工程理論,對隱身目標的形體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,使目標反射的雷達波能量偏離雷達發(fā)射方向,從而有效降低目標的平均雷達散射截面(RCS).影響目標RCS的因素較多,不僅包括雷達頻率、雷達觀測目標的方位角、雷達極化等雷達特性,還包括目標尺寸、形狀和性質(zhì)等因素.實踐證明,采用外形隱身設(shè)計,可有效降低目標RCS,顯著提高隱身性能.然而,外形隱身具有明顯局限性.首先,對外形的過度要求可能影響艦船的流體動力學(xué)性能,并減小裝容空間;其次,目標在某個角域內(nèi)RCS減小,必然使另一些角域內(nèi)RCS增加.隨著多站雷達網(wǎng)的發(fā)展,單靠外形隱身不可能在全立體范圍同時減小目標RCS.在多站雷達網(wǎng)的幫助下,敵方同樣能較早發(fā)現(xiàn)來犯的隱身目標,并有充足的時間派出戰(zhàn)機攔截.因此,外形隱身技術(shù)的優(yōu)勢在未來戰(zhàn)爭中越來越難以發(fā)揮,若從根本上賦予目標優(yōu)異的隱身性能,必須依靠材料本征隱身功能,即發(fā)展雷達吸波材料.艦船現(xiàn)用雷達吸波材料多以吸波涂層為主,存在頻段窄、吸收弱、隱身角度小、增重大、易脫落等問題,并且難以實現(xiàn)低頻段隱身,更不能滿足水面艦船的寬頻帶、寬角度隱身.

超材料作為一種新型功能材料,已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注.近年來,國內(nèi)外學(xué)者對基于超材料的吸波材料進行了大膽的探索.2008年,美國波士頓學(xué)院的Landy等[1]設(shè)計出基于超材料的“完美吸收體”(perfect absorber),僅依靠金屬的結(jié)構(gòu)設(shè)計就完成了11.5 GHz近乎100%的吸波性能.2006年,英國科學(xué)家Pendry等[2]在《Science》上發(fā)表了基于坐標變換的完美隱身斗篷設(shè)計理論;同年,美國科學(xué)家Schurig等[3]借助超材料,制備了世界首個隱身斗篷的原理樣件,研究結(jié)果發(fā)表在《Science》,在國際上引起了極大的轟動.2013年,楊歡歡等[4]提出了基于電磁諧振分離的寬帶低雷達截面超材料吸波體,該吸波體的低RCS特性具有極化無關(guān)、寬入射角的特點,且通過改變吸波體的夾層結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)工作帶寬的靈活調(diào)節(jié).東南大學(xué)崔鐵軍課題組[5?7]提出編碼超材料(coding metamaterials)、數(shù)字超材料(digital metamateirals)和可編程超材料(programmable metamateirals)并進行了隱身應(yīng)用研究;2017年該課題組[8]又開展了光頻/微波頻段一體化兼容設(shè)計雷達吸波材料的研究.屈紹波課題組[9,10]于2014年提出了寬帶隱身超表面設(shè)計技術(shù),研制了基于多機理復(fù)合的寬帶隱身超表面,在7.8—13 GHz可將RCS縮減10 dB以上;并且他們[11]建立了基于超表面的超寬帶復(fù)合吸波材料設(shè)計技術(shù).南京大學(xué)馮一軍課題組[12]于2009年開展了極化無關(guān)超材料吸波體研究,所研制的材料在X波段具有窄帶吸波特性.中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所羅先剛課題組[13]實驗驗證了基于超材料的S/X波段寬帶復(fù)合吸波材料,同時開展基于超材料吸波體的低RCS、高增益天線設(shè)計研究,制備了工作于S波段的低RCS天線原理樣件,在5.5—16 GHz可將天線RCS平均縮減15 dB以上.2009年電子科技大學(xué)文岐業(yè)課題組[14]提出了一個太赫茲頻段的雙頻吸收器,該吸收器的一個吸收單元包含兩個電諧振結(jié)構(gòu),因而能實現(xiàn)兩個頻點的強吸收,該雙頻吸收器引起了對多頻段超材料吸收器的廣泛研究.電子科技大學(xué)鄧龍江課題組[15?17]開展了漸變阻抗加載吸波結(jié)構(gòu)、超材料吸波體、基于超材料的寬帶復(fù)合吸波材料以及頻率選擇表面天線罩設(shè)計研究.浙江大學(xué)何賽炅課題組[18?23]開展了基于超材料的寬帶吸波材料設(shè)計研究,提出了基于超材料的大入射角窄帶吸波材料、基于多尺度/多諧振的鋸齒形寬帶吸波材料、二維極化無關(guān)寬帶吸波材料、基于負磁導(dǎo)率超材料的輕質(zhì)超薄窄帶吸波材料.2012年程用志等[24]提出了基于超材料與電阻型頻率選擇表面的薄型寬頻帶吸波體的設(shè)計,在3—25 GHz之間吸收率大于90%,相對帶寬為150%,這為薄型寬頻帶吸波材料的應(yīng)用提供了一種新途徑;同年該課題組又提出了基于電阻型頻率選擇表面的低頻寬帶超材料吸波體的設(shè)計[25],在整個1—5 GHz頻率范圍內(nèi),吸收率大于80%,吸收峰值達到98%以上.

然而,目前傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)吸波材料吸波帶寬較窄或者吸波率較低,且大都停留在實驗室研制階段,難以大批量制備并工程化應(yīng)用在艦船復(fù)合材料上層建筑、舷墻等部位.將雷達吸波材料與其他材料一起制成具備寬頻吸波能力的復(fù)合材料,作為船體結(jié)構(gòu)的一部分或者全部,可以使船體具備強度高、重量輕且兼具隱身性能與耐環(huán)境性能的優(yōu)勢,更適合應(yīng)用在隱身艦艇上.因此,研制一種適用于工程化應(yīng)用的寬頻吸波復(fù)合材料是今后研究的主要方向之一.

本文基于超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計方法,研制并制備了一種寬頻吸波復(fù)合材料.該吸波復(fù)合材料的吸波帶寬為16 GHz,且該頻段內(nèi)反射率均小于?10 dB,高頻段甚至低于?20 dB,從設(shè)計來上講,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)吸波材料.該吸波復(fù)合材料為“三明治”夾芯結(jié)構(gòu),由外蒙皮面板、輕質(zhì)芯材和反射層面板構(gòu)成.外蒙皮面板為低介電常數(shù)的高強玻璃纖維,具有良好的透波性能和一定的力學(xué)承載力,同時可以保護吸波復(fù)合材料不受海洋環(huán)境的腐蝕;芯材由低密度的聚氨酯泡沫和超材料功能層構(gòu)成,可以很好地滿足材料的減重要求和隱身特性;反射層面板為低電阻率的樹脂基碳纖維,在阻止電磁波透射的同時,為超材料功能層提供電邊界條件,產(chǎn)生強的電磁諧振.超材料功能層封裝在復(fù)合材料內(nèi)部,避免了外界環(huán)境因素對電阻膜的影響,且便于和常用夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料兼容實現(xiàn)力學(xué)與隱身功能一體化,具有一定的工程化應(yīng)用價值.

2 結(jié)構(gòu)建模及分析

本文設(shè)計的夾芯結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料由表層透波面板、輕質(zhì)泡沫芯材和底層反射面板構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu),基本結(jié)構(gòu)如圖1所示.其中圖1(b)為芯材的各層結(jié)構(gòu)分布圖,包括聚氨酯泡沫、超材料功能層、環(huán)氧基玻璃纖維(以下簡稱FR4)、環(huán)氧膠膜(以下簡稱膠膜).FR4為超材料功能層的基材,介電常數(shù)為4.3,損耗角正切為0.025;膠膜的介電常數(shù)為3.3,損耗角正切為0.01,主要用于聚氨酯泡沫與超材料功能層的一體化成型.

圖1 夾芯結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖 (a)夾芯結(jié)構(gòu)圖;(b)芯材功能層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1. Schematicdiagram ofsandwichstructure absorbent materials: (a)Sandwich structure;(b)schematic diagram of the core functional layer.

超材料吸收電磁波的本質(zhì)是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計形成電磁諧振,使得電場和磁場得到顯著增強,從而利用材料的電損耗和磁損耗將入射電磁波消耗掉.為了獲得寬帶吸波性能,要保證在相對應(yīng)頻段內(nèi)的多諧振效應(yīng),而超材料結(jié)構(gòu)單元本身是諧振單元,因此能夠滿足設(shè)計要求.另一方面,從“路”的角度考慮,電阻型超材料諧振單元在等效電阻的基礎(chǔ)上引入了電抗成分,且與傳統(tǒng)接地基體的電磁響應(yīng)正好相反,從而獲得寬頻帶的阻抗匹配,實現(xiàn)較強的吸波性能.

具有損耗特性的電阻型超材料的等效電路如圖2所示,分為容性和感性兩種.為了產(chǎn)出強諧振,均由結(jié)構(gòu)單元、基體和反射層構(gòu)成,介質(zhì)基體可以等效為一段傳輸線.

圖2 超材料及其等效電路模型Fig.2.Metamaterials and equivalent circuit models.

圖3 電阻型超材料阻抗匹配關(guān)系(a)及其對應(yīng)的反射率曲線(b)Fig.3.Impedance matching(a)and reflectance curve(b)of resistive metamaterials.

本文采取容性電阻膜設(shè)計,其等效阻抗為

其中,R,L和C分別是等效電阻、電感和電容.接地基板的阻抗可以采用傳輸線方法計算得到

其中,εr是基板材料的相對復(fù)數(shù)介電常數(shù),Z0為自由空間的特征阻抗.這里假設(shè)基板為非磁性材料,因而相對磁導(dǎo)率恒為1.

由等效電路模型可以看到,超材料的輸入阻抗為并聯(lián)電路,通過一系列數(shù)學(xué)化簡,可以得到輸入阻抗的實部和虛部分別為

吸波電阻膜產(chǎn)生吸收峰的條件是輸入阻抗和自由空間阻抗匹配,因此可以分以下兩種情況進行分析:

1)Im(Zd)=?Im(Zm),且等效電阻R=Im2(Zd)/Z;

2)Im(Zd)=∞時,R=Z0.

基于上述設(shè)計思路,仿真計算了一種超材料的阻抗關(guān)系以及對應(yīng)反射率,結(jié)果如圖3所示.可以看出,吸收峰形成的位置,就是基體阻抗與超材料阻抗互相抵消的位置,要拓展吸收帶寬,首先要拓展吸收峰之間的距離.同時,要改善低頻吸波性能,要將吸收峰向低頻移動.

為了獲得在2—18 GHz范圍內(nèi)的寬帶強吸收,單層結(jié)構(gòu)難以滿足,必須采取多層結(jié)構(gòu),增加諧振頻率,從而獲得寬帶吸波效果.本文采用如圖1所示的雙層超材料結(jié)構(gòu).

3 超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計

超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵是超材料編碼化,編碼越長,越不利于優(yōu)化算法的收斂,也就是說在有限的范圍內(nèi)搜索到最優(yōu)解的可能性越小.超材料離散化的編碼包括拓撲編碼和參數(shù)編碼兩部分,其中拓撲編碼采用圖4(a)所示的方式,由于材料的極化無關(guān)特性,采用軸對稱結(jié)構(gòu)的二進制編碼,將超材料單元表面劃分成M×M個網(wǎng)格,編碼長度為M×M,每個小方格均采用0或1進行填充,其中0代表無表面結(jié)構(gòu),1代表填充相應(yīng)材料的方形結(jié)構(gòu),由于采用軸對稱的二進制編碼,編碼長度縮短為(M×M)/4.參數(shù)編碼就是將超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)(如單元長、寬、高等)和材料參數(shù)(如材料介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等)、面板厚度h0、第一層泡沫厚度h1、第二層泡沫厚度h2、第三層泡沫厚度h3、電阻型超材料的方阻值r等參數(shù)按照二進制編碼的規(guī)則進行編碼,編碼長度為N.

圖4 (a)拓撲優(yōu)化設(shè)計的編碼方法示意圖;(b)吸波復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及超材料拓撲圖Fig.4.(a)Schematic of the coding method of topological optimization design;(b)the structure of absorbent materials and metamaterial topology.

編碼總長度為(M×M)/4+N,參數(shù)編碼的解碼過程為

其中,pmin,rmin,h0min,h1min,h2min,h3min為單元結(jié)構(gòu)參數(shù)的最小值;N1—N6為對應(yīng)參數(shù)編碼的最大長度;S1—S6為最小海明碼距離對應(yīng)的數(shù)值;pi,h0i,h1i,h2i,h3i,ri為對應(yīng)位置的二進制編碼.根據(jù)設(shè)計要求,給出了如表1所列的結(jié)構(gòu)參數(shù)的經(jīng)驗值.

設(shè)定吸波復(fù)合材料的反射率為R(w)、透射率為T(w)、吸波率為A(w),根據(jù)等效電路理論:

其中,S11為反射系數(shù),S21為傳輸系數(shù),在本文中,由于在材料底部加載了反射背板,因此,透射率T(w)=0,吸收率A(w)=1?R(w)=1?|S11|2.

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)驗值Table 1.Experience values of structural parameters.

為了提高吸波復(fù)合材料的吸波性能,必須使材料的反射系數(shù)S11足夠小,因此,求解材料吸波率的問題轉(zhuǎn)化為求解反射系數(shù)S11的問題.

本文采用MATLAB和CST聯(lián)合仿真的方法進行拓撲優(yōu)化設(shè)計,以MATLAB為主程序運行優(yōu)化算法,通過反復(fù)調(diào)用CST進行建模、條件設(shè)定、仿真,最后將計算結(jié)果返回主程序,以此形成循環(huán),直到達到預(yù)定的終止條件或達到設(shè)計目標,流程圖如圖5所示.

圖5 聯(lián)合仿真優(yōu)化流程圖Fig.5.Flowchart of simulation and optimization.

用拓撲編碼和參數(shù)編碼組合的完整二進制串,便實現(xiàn)了超材料單元的離散化.通過對基本單元的分布設(shè)計,再利用數(shù)學(xué)優(yōu)化算法,即可設(shè)計出滿足吸波性能要求的超材料結(jié)構(gòu),最終得到的超材料結(jié)構(gòu)單元的編碼設(shè)計如圖4(b)所示,其中黑色區(qū)域為結(jié)構(gòu)區(qū)域,編碼為1,白色區(qū)域為空白區(qū)域,編碼為0.

4 結(jié)果與分析

采用離散化的思想,將超材料結(jié)構(gòu)單元進行編碼,經(jīng)過拓撲優(yōu)化得到最優(yōu)化的編碼方式,經(jīng)過相應(yīng)的解碼過程可以得到表2所列的結(jié)構(gòu)參數(shù)及方阻參數(shù),結(jié)構(gòu)單位為mm,方阻單位為?/sq.圖6所示為最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的上下兩層超材料結(jié)構(gòu)圖.

表2 吸波復(fù)合材料最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和方阻值Table 2.Optimal structural parameters and sheet resistance of the absorbent materials.

圖6 超材料結(jié)構(gòu)圖 (a)上層;(b)下層Fig.6.Structure of metamaterials:(a)Upper layer;(b)under layer.

根據(jù)設(shè)計和材料體系的設(shè)定,利用電磁仿真軟件CST進行仿真計算,利用表2中的結(jié)構(gòu)參數(shù),獲得了最優(yōu)的仿真反射曲線,如圖7所示.從圖7可以看到,在2—18 GHz范圍內(nèi),仿真反射率均小于?10.5 dB,在整個頻段內(nèi)的平均反射率小于?14 dB,反射率最低處可達?24 dB.

圖7 吸波復(fù)合材料反射率仿真曲線Fig.7.Reflectivity simulation curve of absorbent material.

為了清晰描述吸波復(fù)合材料的吸波機理,在8.7和15.0 GHz頻點處分別截取了上、下兩層電阻上的電場和磁場分布,如圖8所示.

根據(jù)設(shè)計可知,入射電場的波矢方向垂直于超材料結(jié)構(gòu)單元,即入射電磁波的磁場方向平行于超材料.由發(fā)生磁諧振的條件易知,在上、下兩層電阻膜上并未發(fā)生磁諧振,只發(fā)生了電諧振.所以,電阻型吸波復(fù)合材料是依靠電諧振來達到吸波效果的.

由圖8可知:在上層電阻膜電場強的區(qū)域,下層電阻膜上的電場比較弱;反之亦然,在上層電阻膜電場弱的區(qū)域,下層電阻膜上的電場比較強.這種現(xiàn)象說明,入射電磁波電場在上、下兩層的電阻膜之間發(fā)生了耦合諧振,由于耦合諧振的作用,電場被局域在上、下兩層電阻膜上.又由于電阻膜具有歐姆損耗特性,所以入射電磁波最終被電阻型超材料以熱損耗的形式吸收.

電阻型吸波復(fù)合材料的吸收帶寬主要取決于其結(jié)構(gòu)、材料組分和材料參數(shù)等.寬頻帶、高效率、大角度穩(wěn)定的吸波復(fù)合材料設(shè)計是一個多目標的優(yōu)化問題,因此,為了探究各個參數(shù)對吸波復(fù)合材料性能的影響,對單元結(jié)構(gòu)中的參數(shù)進行了掃描,得到仿真結(jié)果分別如圖9和圖10所示,其中h為第一層泡沫的厚度;d為復(fù)合材料的總厚度.

通過圖9可以看到,當h0=h=1.5 mm時,吸波復(fù)合材料的吸波性能最好,隨著h的增大(1.5—3 mm),其吸波性能逐漸惡化.

圖8 上下兩層超材料上電場分布圖 (a)f=8.7 GHz;(b)f=15 GHzFig.8.Electric field distribution of upper and under layer of metamaterial:(a)f=8.7 GHz;(b)f=15 GHz.

圖9 第一層泡沫厚度對材料吸波性能的影響Fig.9.Effect of the thickness of primary foam on absorbing properties.

從圖10可以看出,隨著吸波復(fù)合材料總厚度的增加,復(fù)合材料整體的吸波性能呈現(xiàn)不規(guī)則變化,但是可以看出,在總厚度為19 mm時,復(fù)合材料的整體吸波性能達到最好.

圖10 材料總厚度對材料吸波性能的影響Fig.10.Effect of the thickness of total material on absorbing properties.

圖11是超材料方阻對吸波性能的影響規(guī)律,圖11中數(shù)字1—7代表的曲線分別對應(yīng)方阻值為65,60,50,55,80,75和70 ?/sq.可以看出,當超材料方阻在65 ?/sq附近時吸波復(fù)合材料的吸波性能達到最優(yōu).

由以上分析可知,影響吸波復(fù)合材料吸波性能的關(guān)鍵因素是泡沫層厚度、超材料方阻值、超材料單元結(jié)構(gòu)等參數(shù).運用拓撲優(yōu)化設(shè)計可以擺脫經(jīng)驗束縛,快速地設(shè)計出滿足隱身性能要求的結(jié)構(gòu)功能一體化吸波復(fù)合材料.

圖11 電阻膜方阻值對復(fù)合材料吸波性能的影響Fig.11.Effect of the resistance value of resistive film on absorbing properties.

5 寬頻吸波復(fù)合材料制備

根據(jù)設(shè)計結(jié)果,制備了該寬頻吸波復(fù)合材料并完成了產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)工藝定型.首先利用絲網(wǎng)印刷技術(shù),在FR4上用導(dǎo)電碳漿印刷設(shè)計的吸波結(jié)構(gòu),通過控制導(dǎo)電碳漿的厚度來控制電阻片的方阻,使用四探針方塊電阻測試儀(ST-21系列)測定方阻值.然后進行基于電阻膜功能層的吸波芯材的成型,再將吸波芯材與復(fù)合材料面板結(jié)合進行真空輔助成型.

圖12 (a)黏接成型的大尺寸電阻膜;(b)吸波芯材Fig.12.(a)Bonded large size resistive film;(b)absorbing core material.

目前一次成型的電阻膜尺寸為300 mm×300 mm,采用與復(fù)合材料相同的本體樹脂體系對超材料進行黏接,獲得如圖12(a)所示的所需尺寸的的電阻膜功能層,再通過本體樹脂黏接固化進行多層吸波芯材的復(fù)合.

圖13 (a)夾芯復(fù)合材料成型過程;(b)寬頻吸波復(fù)合材料典型節(jié)點單元Fig.13.(a)Manufacturing process of the sandwich structure materials;(b)typical node unit of broadband absorbent materials.

采用常規(guī)真空輔助成型工藝進行芯材與面板的復(fù)合制備,成型過程如圖13(a)所示,進行表面處理噴涂黑色面漆,噴漆后的復(fù)合材料典型節(jié)點單元如圖13(b)所示.

6 寬頻吸波復(fù)合材料性能測試

6.1 力學(xué)性能

按照GB/T1453-2005,GB/T1452-2005,GB/T1454-2005和GB/T1456-2005,制備試驗試樣,分別對寬頻吸波復(fù)合材料的平壓強度、平拉強度、側(cè)壓強度及彎曲剛度進行性能測試,測試結(jié)果如表3所列,結(jié)果顯示,寬頻吸波復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能,與普通夾芯復(fù)合材料的力學(xué)性能相當,基本力學(xué)性能滿足結(jié)構(gòu)材料的使用要求.

表3 夾芯復(fù)合材料力學(xué)性能Table 3.Mechanical properties of sandwich structure materials.

6.2 隱身性能

參照GJB2038A-2011制備標準試樣,在微波暗室中,利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,對寬頻吸波復(fù)合材料的反射率進行測試,測試曲線見圖14,可以看出,在2—18 GHz范圍內(nèi),該吸波復(fù)合材料的反射率均小于?10 dB,通過對比仿真結(jié)果和實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本符合,說明設(shè)計方法與成型工藝的可行性.測試曲線的抖動主要來自環(huán)境影響、工藝誤差和測量誤差等;反射率測試結(jié)果在4和8 GHz位置處的奇異點是由喇叭的更換造成的,即2—18 GHz頻段范圍的測試結(jié)果是由2—4 GHz,4—8 GHz和8—18 GHz三次測試結(jié)果拼接而成.

圖14 寬頻吸波復(fù)合材料平板反射率Fig.14.Reflectivity of broadband absorbent material.

7 結(jié) 論

本文借助CST軟件的有限元分析法模擬計算了寬頻吸波復(fù)合材料的吸波特性,并通過真空輔助成型工藝制備了試驗樣件.制備的寬頻吸波復(fù)合材料工藝兼容性優(yōu)良,充分考慮了材料的成型可實現(xiàn)性、成型工藝影響因素等,可以實現(xiàn)寬頻吸波復(fù)合材料的大面積工程化應(yīng)用.測試結(jié)果顯示,本文的寬頻吸波復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能,基本力學(xué)性能滿足結(jié)構(gòu)材料的使用要求;在2—18 GHz較寬頻段內(nèi)具有良好的吸波性能;由于電阻膜的對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計,該吸波復(fù)合材料具有較好的極化不敏感性,滿足艦船用吸波復(fù)合材料隱身性能的要求.因此,本文所研究制備的寬頻吸波復(fù)合材料具有較好的工程化應(yīng)用價值.