涂成發(fā) 鄭祖應(yīng) 喬亮? 郝宏波 馬云國(guó) 孫哲 王浩 王濤 李發(fā)伸

1) (蘭州大學(xué)磁學(xué)與磁性材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)用磁學(xué)研究所,蘭州 730000)

2) (白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,包頭 014000)

吸波材料廣泛應(yīng)用于國(guó)防雷達(dá)波隱身和民用電磁屏蔽領(lǐng)域,吸波材料的吸波性能由復(fù)合材料的電磁參數(shù)和厚度共同決定.在實(shí)際加工過(guò)程中,吸波材料的反射損耗峰強(qiáng)度隨厚度的變化關(guān)系和帶寬的理論設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐存在一定偏離,并且反射損耗吸收峰的強(qiáng)度隨厚度變化規(guī)律和反射損耗吸收峰的帶寬機(jī)理研究鮮有報(bào)道,因此,對(duì)吸波材料的反射損耗峰的強(qiáng)度隨厚度的變化關(guān)系及帶寬機(jī)理的深入性原理研究有著迫切的需求.本文通過(guò)共沉淀-還原擴(kuò)散工藝制備易面型Y2Co17/聚氨酯(PU)軟磁復(fù)合材料并測(cè)量得到電磁參數(shù),基于界面反射模型研究了雷達(dá)波在吸波涂層空氣界面的反射性能,確定了匹配阻抗和吸波材料匹配厚度的依賴關(guān)系,進(jìn)一步利用匹配阻抗參數(shù)設(shè)計(jì)出4—18 GHz 內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —10 dB,6—18 GHz 內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —20 dB.根據(jù)界面反射模型對(duì)匹配厚度處反射損耗峰的帶寬進(jìn)行了深入的原理性討論,理論計(jì)算與測(cè)量值吻合.

1 引言

近年來(lái),隨著5G 新型通信技術(shù)的迅速發(fā)展,高頻電磁器件被廣泛應(yīng)用[1-4],伴隨的電磁干擾和污染不僅會(huì)影響器件的高效工作,而且還影響人類的健康[5-7],電磁波吸收材料已引起科技界的關(guān)注.

稀土合金R2Me17(R=稀土元素,Me=Fe,Co)是一種具有強(qiáng)面內(nèi)各向異性的材料,具有高的共振頻率,用于雷達(dá)波吸收材料已被廣泛報(bào)道[8-11].根據(jù)雙各向異性理論,R2Me17型材料的起始磁化率 (μi-1)與自然共振頻率fr的乘積表達(dá)式為[8]

其中,Γ為旋磁比,Ms為材料的飽和磁化強(qiáng)度,Hθ為面內(nèi)磁晶各向異性場(chǎng),Hφ為面外磁晶各向異性場(chǎng).基于R2Me17型材料的研究[8,9,11-15],大量的高頻磁性材料被給出,北京大學(xué)楊金波課題組[12]研究給出Sm1.5Y0.5Fe15.5Si1.5/石蠟復(fù)合材料,其反射損耗峰最大強(qiáng)度為—55.1 dB,實(shí)際測(cè)量帶寬(12.7—16.4 GHz)為3.7 GHz (反射損耗小于—10 dB);中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所譚果果課題組[16]給出的Ce2Fe17N3-δ/聚氨酯復(fù)合材料,在厚度為1.73 mm 時(shí),最強(qiáng)反射損耗吸收峰在9.97 GHz,強(qiáng)度為—60.5 dB,帶寬為5.24 GHz (反射損耗小于—10 dB).雖然對(duì)于反射損耗吸收峰的位置和強(qiáng)度已有深入的研究,但是僅有少量的工作研究了反射損耗吸收峰的強(qiáng)度隨厚度變化和吸收峰帶寬問(wèn)題.

本文根據(jù)界面反射模型,從相位匹配下的阻抗分析得到軟磁復(fù)合材料反射損耗吸收峰強(qiáng)度隨厚度的變化規(guī)律: 當(dāng)|Zin/Z0|→1 時(shí),吸波材料達(dá)到完全匹配.在此基礎(chǔ)上,引入在指定厚度下反射損耗吸收峰于指定點(diǎn)的帶寬計(jì)算模型[17,18]:

其中,Δ是指定點(diǎn)的帶寬,Δf是指定點(diǎn)帶寬的一半,(RL)0為峰值點(diǎn)反射的幅值,(RL)1為指定點(diǎn)反射峰的幅值,Π為金屬板界面反射波的幅值,為Δθ隨頻率的變化率的絕對(duì)值.根據(jù)界面反射模型在相位匹配附近前界面和后界面幅值的變化,詳細(xì)地研究了復(fù)合材料的反射吸收峰的帶寬,理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合.

2 樣品的制備與表征

2.1 樣品制備

按Y2Co17化學(xué)計(jì)量配比稱取24.270 g 的CoCl2·6H2O 和 5.655 g 的YCl3·6H2O(過(guò)量5%)倒入裝有1600 mL 蒸餾水的燒杯中,攪拌溶解,待樣品全部融化后,緩慢滴入NaOH 溶液,滴定溶液pH 數(shù)值為10,反應(yīng)進(jìn)行1 h,以8000 r/min 的速度離心反應(yīng)得到的混合物5 min,獲得綠色沉淀物,并用蒸餾水洗沉淀2—3 次,去掉NaCl 和過(guò)量的NaOH.在干燥箱中以60 ℃干燥24 h,以得到Y(jié)(OH)3和Co(OH)2混合的前驅(qū)體.將干燥好的前驅(qū)體、鈣粒(質(zhì)量等同于前驅(qū)體的質(zhì)量)和固體KCl(前驅(qū)體質(zhì)量的一半)混合裝入三維混料機(jī)中混料,抽真空后通入氬氣并重復(fù)兩次,混合8 h,使3 種粉料充分混合均勻.最后,在氬氣環(huán)境中1100 ℃下進(jìn)行固相還原反應(yīng)2 h 得到樣品.

取出樣品,手工研磨后,過(guò)400 目篩,收集篩下粉料.配置5%的乙酸銨水溶液,將粉料與之混合超聲攪拌20 min,之后超聲15 min,重復(fù)3 次,然后用去離子水洗3 次,洗去樣品中的雜質(zhì),再用乙醇和丙酮洗兩次,最后真空干燥箱干燥.最終制備得Y2Co17合金磁粉.制備工藝如圖1 所示.

圖1 工藝流程示意圖(RL 表示反射損耗)Fig.1.Sketch map of workmanship (RL,reflection loss).

將得到的Y2Co17合金磁粉行星球磨4 h,樣品在真空干燥箱中風(fēng)干后,取適量樣品分別制備成體積分?jǐn)?shù)為15%,20%,25%,30%的Y2Co17/PU環(huán)形體共4 個(gè),環(huán)形體內(nèi)徑3.04 mm,外徑7 mm.本工藝涉及到的化學(xué)反應(yīng)如下.

2.2 樣品的表征

使用Philip 公司的X’Pert Pro 型X 射線衍射儀(XRD)來(lái)分析樣品的微結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性.在室溫下,使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM Lake Shore 7304),在20 kOe (1 Oe=103/(4π) A/m)的外加磁場(chǎng)下測(cè)量樣品的靜態(tài)磁性.使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(安捷倫E8363B),在0.1—18 GHz 范圍內(nèi),對(duì)樣品的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)量.

圖2 所示為Y2Co17合金磁粉樣品的XRD 譜.Y2Co17樣品的衍射峰峰位和衍射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)譜(PDF#18-0434)一致,無(wú)雜峰產(chǎn)生,這說(shuō)明沒(méi)有雜相生成,樣品純度高.衍射峰峰形尖銳,說(shuō)明結(jié)晶性很好.

圖2 Y2Co17 樣品XRD圖譜Fig.2.XRD patterns of Y2Co17.

圖3(a)給出了Y2Co17合金磁粉的靜態(tài)磁滯回線,其飽和磁化強(qiáng)度為115.23 emu/g (1 emu/g=1 A·m2/kg),矯頑力為48.82 Oe,具有良好的軟磁特性.圖3(b)給出了30%體積分?jǐn)?shù)Y2Co17/PU復(fù)合片狀樣品的面內(nèi)、面外磁滯回線,其中紅色為面外磁滯回線,綠色為面內(nèi)磁滯回線.其面內(nèi)矯頑力Hin和面外矯頑力Hout分別小于190.91 Oe和339.318 Oe.根據(jù)圖中得到的30%體積分?jǐn)?shù)Y2Co17/PU 復(fù)合片狀樣品的平面內(nèi)飽和磁化強(qiáng)度(Ms)和平面外剩余磁化強(qiáng)度(Mr,out-plane),磁性片狀樣品的平面取向度計(jì)算公式[10]:

圖3 (a) Y2Co17 合金磁粉的磁滯回線;(b) 體積分?jǐn)?shù)為30%的Y2Co17/PU 復(fù)合片狀樣品的面內(nèi)、面外磁滯回線Fig.3.(a) Hysteresis loop of the Y2Co17 alloy magnetic powder;(b) in-plane and out-plane hysteresis loop of the Y2Co17/PU with a volume fraction of 30%.

30%體積分?jǐn)?shù)Y2Co17/PU 復(fù)合片狀樣品面內(nèi)飽和磁化強(qiáng)度Ms為84.92 emu/g、面外剩余磁化強(qiáng)度Mr,out-plane為4.90 emu/g,可以計(jì)算得到,樣品的取向度(DPO)為94.23%,這說(shuō)明樣品具有良好取向,為較好的面內(nèi)各向異性材料.

3 吸波特性與帶寬機(jī)理

如圖4 所示,在0.1—18 GHz 范圍內(nèi),對(duì)樣品的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量.圖4(a)為Y2Co17/PU 復(fù)合材料的磁譜.可以看到: 在0.1—2 GHz 頻率區(qū)間,磁導(dǎo)率實(shí)部隨頻率的變化基本是平滑的,體積分?jǐn)?shù)為15%,20%,25%和30%的樣品的磁導(dǎo)率分別為1.7,2.25,2.70 和3.00;在2—18 GHz 頻率區(qū)間,磁導(dǎo)率急劇的下降;在0.1—0.7 GHz 頻率區(qū)間,磁導(dǎo)率虛部基本是平滑的,隨后都逐漸地出現(xiàn)自然共振峰,體積分?jǐn)?shù)越高,自然共振峰越往前移;隨著樣品體積分?jǐn)?shù)的增大,樣品的磁導(dǎo)率也隨著增大.圖4(b)為Y2Co17/PU 復(fù)合材料的介電常數(shù),在0.1—18 GHz 內(nèi),樣品的介電常數(shù)隨著樣品體積分?jǐn)?shù)的增大而增大.可以看到介電常數(shù)實(shí)部整體值較為平滑,具有良好的頻率特征;介電常數(shù)實(shí)部和虛部值在0.1—9 GHz 內(nèi),均基本平滑.

圖4 (a) Y2Co17/PU 復(fù)合材料的磁導(dǎo)率;(b) Y2Co17/PU 復(fù)合材料的介電常數(shù)Fig.4.(a) Complex permeability of Y2Co17/PU composites;(b) complex permittivity of Y2Co17/PU composites.

當(dāng)電磁波垂直入射到樣品表面時(shí),電磁波一部分被樣品表面反射,另外一部分進(jìn)入樣品.進(jìn)入部分的電磁波一部分被樣品損耗,一部分透射過(guò)樣品,單束電磁波通過(guò)物體的情形如圖5(b)所示.

將吸波材料涂覆在金屬板上,電磁波一部分被樣品前表面反射,另外一部分進(jìn)入樣品.進(jìn)入部分的電磁波一部分被樣品損耗,一部分被后界面完全反射.如果吸波材料的厚度為某一特定值時(shí),會(huì)使得前界面的反射波和后界面的反射波相位相差 π,這樣會(huì)使得前后界面的反射波在前界面前相互抵消掉,從而在前界面之前的空氣區(qū)域形成一個(gè)相消區(qū),增大吸波材料的有效吸收厚度,提高吸波材料的工作效率.這個(gè)特殊厚度通常為入射電磁波的λ/4及其奇數(shù)倍,該厚度的計(jì)算公式為[19]

其中t1/4是該樣品厚度,fm是電磁波頻率,εr是復(fù)介電常數(shù),μr是復(fù)磁導(dǎo)率.此物理過(guò)程示意圖如圖5(a)所示.

圖5 (a) 界面反射相消模型示意圖;(b) 電磁波透過(guò)物體示意圖;(c) Y2Co17/PU-25%在不同厚度下吸收峰所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)Fig.5.(a) Schematic diagram of interface reflection cancellation model;(b) schematic diagram of electromagnetic wave passing through objects;(c) frequency points corresponding to absorption peaks at different thicknesses of Y2Co17/PU-25%.

通過(guò)圖4 及(4)式,可以計(jì)算得到t1/4(f).根據(jù)傳輸線理論[20,21],利用t1/4(f),可以計(jì)算Y2Co17樣品的歸一化的輸入阻抗及反射損耗計(jì)算為

其中c是光在真空中傳播的速度,f是微波實(shí)驗(yàn)頻率,d是樣品的厚度,μr是復(fù)數(shù)相對(duì)磁導(dǎo)率,εr是復(fù)數(shù)相對(duì)磁導(dǎo)率,Zin為樣品的本征阻抗,Z0為樣品的真空阻抗.反射損耗(RL)的值小于等于—10 dB意味著超過(guò)90%的電磁波會(huì)被吸收,其對(duì)應(yīng)的帶寬稱為有效帶寬.

根據(jù)(5)式、(6)式和圖4 可以得到Y(jié)2Co17/PU復(fù)合材料在不同體積分?jǐn)?shù)、不同厚度下樣品的吸波性能.圖5(c)所示為不同厚度的Y2Co17/PU 復(fù)合材料的吸波損耗和1/4 波長(zhǎng)厚度隨頻率的變化曲線.從圖5(c)可知,每個(gè)反射損耗吸收峰都與t1/4(f)曲線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng).用傳輸線理論的阻抗計(jì)算公式(5)可以計(jì)算出任何頻率時(shí)吸收峰峰值點(diǎn)的阻抗Zin/Z0;Zin/Z0=1 的點(diǎn)即為吸波材料的完全匹配點(diǎn).由以上求出完全匹配頻率fm和完全匹配厚度tm.用(5)式和(6)式計(jì)算即可得到吸波損耗-f曲線完全匹配的吸收峰的位置及強(qiáng)度.

根據(jù)界面反射模型得到了吸收峰的位置及強(qiáng)度,反射損耗吸收峰的帶寬同樣也可以引入界面反射模型.如圖6 所示,對(duì)于指定的反射幅值(RL)1的帶寬用Δ表示.當(dāng)在吸收峰的峰值,即f=fm時(shí),前界面的反射波和后界面的反射波相位差為 π ;當(dāng)吸收峰的帶寬為Δ,即反射幅值為指定的幅值(RL)1時(shí),假設(shè)此時(shí)前界面的反射波和后界面的相位比 π 差一個(gè)微小的角度 Δθ.

假設(shè)Γ為前界面反射波的幅值,Π為金屬板界面反射波的幅值,(RL)0為峰值點(diǎn)反射波的幅值,t1/4為界面反射模型中的四分之一波長(zhǎng)厚度,Δf是吸收帶寬的一半.則峰值點(diǎn)反射的幅值為前界面的反射波和經(jīng)過(guò) π 相移的金屬板出射波的幅值之和:

指定點(diǎn)反射的幅值為前界面的反射波和經(jīng)過(guò)π-Δθ相移的金屬板界面出射波幅值之和:

則指定點(diǎn)反射的幅值與峰值點(diǎn)幅值之差為

對(duì) cos(Δθ)進(jìn)行二階泰勒展開,即cos(Δθ)≈1-(Δθ)2/2,故(9)式可以化簡(jiǎn)為

根據(jù) Δθ的定義,如圖6(b)所示,可以將其寫為如下形式:

圖6 Y2Co17/PU-15%復(fù)合物的 (a) RL 峰的帶寬圖和 (b) 四分之一波長(zhǎng)的頻率依賴性Fig.6.(a) Scheme of bandwidth of RL peak and (b) frequency dependent of quarter-wavelength for Y2Co17/PU-15% composites.

根據(jù)(10)式和(11)式可以得到,指定點(diǎn)的帶寬Δ的計(jì)算公式為

如果取指定點(diǎn)為反射吸收峰的強(qiáng)度為—10 dB時(shí),(RL)1=0.32;反射吸收點(diǎn)的吸收峰強(qiáng)度為—15 dB 時(shí),幅值為0.18;反射吸收點(diǎn)的吸收峰強(qiáng)度為—20 dB 時(shí),幅值為0.10;反射吸收點(diǎn)的吸收峰強(qiáng)度為—25 dB 時(shí),幅值為0.06.在這種情況下,就很容易地求出指定樣品在指定點(diǎn)的帶寬.

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

4.1 Y2Co17 粉復(fù)合物的完全匹配條件與Y2Co17 粉體積濃度的關(guān)系

圖7 為體積分?jǐn)?shù)為15%的Y2Co17/PU 環(huán)形樣品的磁導(dǎo)率譜和介電常數(shù)譜.可以看出: 磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部在1 GHz 之前基本保持不變,實(shí)部大小為1.9,虛部為0.2,在10 GHz 處磁導(dǎo)率的虛部會(huì)又一個(gè)自然共振峰;介電常數(shù)實(shí)部和虛部均隨著頻率的增大而降低.

圖7 (a) Y2Co17/PU-15%復(fù)合材料的磁導(dǎo)率;(b) Y2Co17/PU-15%復(fù)合材料的介電常數(shù)Fig.7.(a) Complex permeability of Y2Co17/PU composites;(b) complex permittivity of Y2Co17/PU composites.

根據(jù)上述的計(jì)算,可以得到在各個(gè)體積分?jǐn)?shù)下的Y2Co17/PU 復(fù)合材料的完全匹配條件,對(duì)應(yīng)的和RL 與復(fù)合材料體積濃度Vc的關(guān)系如表1 所列.在前文中已經(jīng)描述過(guò),界面反射相消模型能夠很好地解釋和設(shè)計(jì)吸波體.該理論模型的其中一個(gè)要點(diǎn)便是所有強(qiáng)度不同的吸收峰的峰值點(diǎn)頻率均滿足相位匹配條件(n=1,3,···),即當(dāng)指定厚度tm時(shí),增大,峰值頻率點(diǎn)移向低頻端;同理,當(dāng)指定頻率fm時(shí),隨著增大,匹配厚度減小,這有利于從理論上更好去設(shè)計(jì)吸波材料“薄、輕、寬、強(qiáng)”中“薄”的因素.

表1 Y2Co17 磁粉復(fù)合物的零反射條件與體積濃度的關(guān)系Table 1.Relationship between zero reflection condition and volume concentration of Y2Co17 magnetic powder composites.

完全匹配頻率fm和完全匹配厚度tm是工作生產(chǎn)目標(biāo)的重要參數(shù),Y2Co17/PU 復(fù)合材料的完全匹配參數(shù)(fm,tm)隨濃度的變化關(guān)系,如圖8 所示.體積分?jǐn)?shù)Vc從30%減小到15%,完全匹配頻率fm從1.00 GHz 增大到18.00 GHz,厚度從5.00 mm降低到1.13 mm.Vc在25%—20%區(qū)間內(nèi),完全匹配頻率和完全匹配厚度的變化不明顯,但是Vc在20%—15%區(qū)間內(nèi),完全匹配頻率和完全匹配厚度隨體積分?jǐn)?shù)有明顯的變化,頻率從3.14 GHz變化到了18.00 GHz,變化大小 Δf=14.86 GHz,厚度從3.88 mm 變薄到1.13 mm,變化大小Δt=2.75 mm,并且發(fā)現(xiàn)不同厚度的Y2Co17粉復(fù)合材料在4—18 GHz 總有很好的吸波性能(RL＜—10 dB).雖然僅做了4 個(gè)體積分?jǐn)?shù)的Y2Co17粉復(fù)合材料的零反射參數(shù)(fm,tm)隨濃度變化關(guān)系,但是可以用插值的方式,按照工業(yè)生產(chǎn)的厚度和頻率標(biāo)準(zhǔn)尋找出合適的體積分?jǐn)?shù)的Y2Co17合金磁粉復(fù)合材料.

圖8 Y2Co17 磁粉復(fù)合材料的零反射參數(shù)(fm,tm)與濃度關(guān)系Fig.8.Relationship between zero reflection parameters(fm,tm) and volume concentration of Y2Co17 magnetic powder composites.

4.2 Y2Co17 粉復(fù)合物飽和吸收條件

如圖9 所示,對(duì)于一個(gè)厚度確定的樣品,隨著頻率的增大,RL 峰值先增大,達(dá)到最大值后又逐漸減小.并且發(fā)現(xiàn),隨著樣品厚度的增大,RL 峰值向低頻區(qū)域移動(dòng).眾所周知,對(duì)于指定的厚度吸波體總是會(huì)有較強(qiáng)的吸收峰.但如圖9(b)和圖9(d)所示,在材料阻抗和空氣阻抗相等時(shí)厚度d1=1.14 mm 和d2=2.35 mm 這兩個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的吸收峰是最強(qiáng)的.居于兩個(gè)厚度之間,當(dāng)厚度遠(yuǎn)離這兩個(gè)點(diǎn)時(shí),即|Zin-Z0|越大,材料吸收峰變?nèi)?但吸收帶寬變大;當(dāng)厚度在這兩個(gè)點(diǎn)附近時(shí),吸收帶寬變小.這兩個(gè)厚度所鎖定的厚度區(qū)間內(nèi)的任一厚度,總是有很強(qiáng)的吸收峰,即4—18 GHz 內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —10 dB,6—18 GHz 內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —20 dB.即使在工業(yè)過(guò)程中,生產(chǎn)的樣品厚度有微小的偏差或者微量磨損,吸波器件的吸波性能不會(huì)偏離理論設(shè)計(jì)吸波性能,為涂層的工業(yè)加工提供了保障.并且當(dāng)樣品的厚度為1.33 mm 時(shí),最強(qiáng)吸收峰在15.5 GHz,材料的工作范圍為整個(gè)ku波段(反射損耗小于—10 dB);當(dāng)樣品的厚度為1.73 mm 時(shí),最強(qiáng)吸收峰處吸收強(qiáng)度為—25 dB,樣品的最強(qiáng)吸收峰出現(xiàn)在10 GHz 處,材料的工作范圍為整個(gè)X 波段(反射損耗小于—10 dB),如圖9 所示.

圖9 (a) Y2Co17/PU-15%四分之一波長(zhǎng)厚度與頻率的關(guān)系;(b) Y2Co17/PU-15%阻抗匹配與厚度的關(guān)系 ;(c),(d) Y2Co17-15%在不同厚度下吸收峰Fig.9.(a) Quarter wavelength thickness as a function of frequency of Y2Co17-15%;(b) impedance matching versus thickness of Y2Co17-15%;(c),(d) absorption peaks at different thicknesses of Y2Co17-15%.

根據(jù)(12)式可得到,體積分?jǐn)?shù)15%的Y2Co17粉復(fù)合物在指定點(diǎn)取為反射吸收峰的強(qiáng)度為—10 dB時(shí),帶寬的理論計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值如表2 所列.

表2 指定點(diǎn)(RL)1=—10 dB 時(shí),帶寬的測(cè)量值和計(jì)算值Table 2.Calculated and measured values of bandwidth for the specified point (RL)1=—10 dB.

如圖10 所示,隨著厚度的增大,反射損耗吸收峰頻率向低頻移動(dòng),在反射損耗吸收峰的位置前的低頻測(cè)曲線,角度差隨頻率的變化率隨頻率的增大而減小,在反射損耗吸收峰的位置,角度差隨頻率的變化率出現(xiàn)一個(gè)反轉(zhuǎn),隨后角度差的變化率隨頻率的增大而減小.帶寬的計(jì)算值和理論值的變化規(guī)律一致,在低頻區(qū)域帶寬的理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值完全吻合,在高頻區(qū),理論計(jì)算值略大于實(shí)驗(yàn)值.

圖10 指定點(diǎn)(RL)1=—10 dB 時(shí),Y2Co17/PU-15%帶寬的測(cè)量值和計(jì)算值隨頻率的變化Fig.10.Measured and calculated bandwidth at (RL)1=—10 dB for Y2Co17/PU-15% composite under various frequencies.

5 總結(jié)

本文通過(guò)共沉淀-還原擴(kuò)散工藝制備易面型Y2Co17/聚氨酯(PU)軟磁復(fù)合材料并測(cè)量得到電磁參數(shù),利用界面相消模型設(shè)計(jì)出來(lái)了Y2Co17/PU復(fù)合材料的匹配頻率與匹配厚度,對(duì)反射損耗吸收峰的強(qiáng)度隨厚度變化和吸收峰帶寬進(jìn)行了深入的研究,當(dāng)|Zin/Z0|→1 時(shí),吸波材料的吸收吸收性能好,反之,|Zin/Z0|的值偏離1 時(shí),吸波材料的吸收性能變?nèi)?從幅度的角度出發(fā),推導(dǎo)出反射損耗吸收峰在指定厚度下反射損耗吸收峰于指定點(diǎn)的帶寬計(jì)算模型

基于基本理論研究,還得到了 Y2Co17-PU 復(fù)合材料優(yōu)良的吸波性能,在樣品的厚度為1.28 mm 時(shí),材料基本適用于整個(gè)ku波段(反射損耗小于—10 dB);當(dāng)樣品的厚度為1.73 mm 時(shí),材料的工作范圍為整個(gè)X 波段(反射損耗小于—10 dB).并且4—18 GHz內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —10 dB,6—18 GHz 內(nèi)不同厚度的吸波復(fù)合材料反射損耗峰強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定地小于 —20 dB.