韓海生， 馬 佳， 張海豐， 裴魏魏

(佳木斯大學理學院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

隨著信息技術的發(fā)展電磁屏蔽材料引起廣大科研院所的高度重視，對抗與反對抗、電磁輻射污染、隱身技術、電磁能設備防干擾等引起了世界各國的高度重視，電磁屏蔽技術對國家國防事業(yè)發(fā)展和競爭力都起到了至關重要的作用[1～5]。多數(shù)論文對電磁波垂直入射界面進行分析研究，但由概率論原理垂直入射幾率很小，只能作為電磁波斜入射的特例，電磁波斜入射的研究對工程材料優(yōu)化設計、相關參數(shù)的匹配更具有重大意義[6～11]。論文利用全貌分析方法[12]的研究理念與三維網(wǎng)格法彌補某一電磁參數(shù)的影響所帶來的負面效應，對電磁屏蔽材料的計算機輔助優(yōu)化設計提供了理論支撐，三維網(wǎng)格法不僅提高材料外形設計的效率而且提高材料的吸收效果。

1 波密介質對后向反射率的影響

電磁波從波疏介質傳到波密介質，在界面透射可以忽略不計，反射波存在半波損失，如圖1所示，半波損失是引起能量損失的主要因素。

在界面處的入射波振動方程為y10，入射波振動方程為y20，由波的疊加原理可知位相差為π的奇數(shù)倍時，疊加后能量最小。波的反射與疊加原理和介質吸收系數(shù)為電磁屏蔽材料的后向反射率的設計提供了新的思路，當介質1足夠薄時，后向反射率能達到最好效果。

圖1 界面半波損失

(1)

y20=A20cos(ωt+φ20)

(2)

2 單層損耗材料的反射系數(shù)關系

由電磁波傳輸理論[13]，線元dz可以看成集總參數(shù)電路，線元的電流與電壓滿足傳輸線方程：

(3)

(4)

求解式(3)與式(4)，可得傳輸線的輸入阻抗為

(5)

其中，Z1為介質1的輸入阻抗，Z2為介質2的阻抗，d為介質的厚度。由傳輸線理論得出介質內電磁場的表達式為：

E2=E2y=(Aejα2z+Be-jα12z)ejσ2x

(6)

其中α2=k2z=k2cosθ2，σ2=k2x=k2sinθ2，k2為波數(shù)，θ2為入射角。

(7)

Zin=jZ2tgα2d2

(8)

可以看出有金屬襯底的單層介質后向反射系數(shù)為

(9)

圖2 斜入射時R與d、Ze的網(wǎng)格圖

圖3 斜入射時d與Ze的等高線

圖4 斜入射時R與θ、f的網(wǎng)格圖

圖5 斜入射時R與d、f的網(wǎng)格圖

圖6 斜入射時εr1和εr2的等高線

圖7 斜入射時μr1和μr2的等高線

圖8 有金屬襯底的單層結構的R與f的關系式

3 利用網(wǎng)格法討論參數(shù)對反射率的影響

從圖2-圖3可以看出，電磁屏蔽材料的后向反射率與屏蔽材料的厚度無關，隨著阻抗值Ze的增加而增加，設計時通常只考慮阻抗值。

圖4可以看出，后向反射率隨入射角的增加而減小，但入射角在00～400時電磁屏蔽材料的后向反射率均大于6dB，滿足設計要求。

圖5可以看出在低頻段曲線出現(xiàn)波動，高頻段曲線平穩(wěn)，在所有頻段內，后向發(fā)射率達到10dB，滿足工程設計的要求。

由參考文獻[11-13]可知，隨著介電常數(shù)εr1和εr2的增加，后向反射率的衰減dB值逐漸變小，后向反射率的衰減dB值隨著磁導率μr1的μr2逐漸減小時，也隨之變?。挥蓤D6可以看出εr1<18、εr2<16，μr>7后向反射率的衰減值均大于6dB，符合工程設計要求；

4 單層材料吸波特性的計算機輔助設計

電介質的極化與磁介質的磁化與頻率息息相關，當入射波的頻率增大時，極化與磁化現(xiàn)象減弱。根據(jù)利用三維網(wǎng)格法對鹽酸參雜聚苯胺復合吸收劑在1-18GHz頻段進行了優(yōu)化設計，如圖8所示?？梢钥闯霎斂紤]電介質與磁介質的頻率特性時后發(fā)射率隨著厚度的增加峰值向著低頻段移動，且頻帶只是在窄頻有較好的吸收效果。

5 結 論

吸波材料是通過能量轉換實現(xiàn)對電磁波的有效吸收，衰減特性是利用半波損失與界面材料的阻抗匹配程度以及介質的吸收對電磁波進行衰減；文中利用三維網(wǎng)格法對影響后向發(fā)射率的電磁波的頻率與入射角進行優(yōu)化設計，設計結果表明當考慮頻率特性時后向反射率與屏蔽膜的厚度相關，增加厚度可以提高低頻段的吸收效果。