滤镜式电磁吸波材料研究

Absorbing materials in stealth and electromagnetic compatibility technology are getting increasingly important. However, traditional absorbing materials are not suitable for special applications due to its characteristics that the electromagnetic energy outside the absorption band cannot transmit from one side to another and the absorption frequencies cannot be independently controlled. For example, in the applications of stealth radomes and protective covers for radio astronomical observation equipment, etc., it is required that signal transmitter and receiver should be placed behind the absorbing materials. To solve this problem, a modular absorbing material possessing the characteristic of both inside-of-band absorption and out-of-band transmission is proposed in this application, named as microwave spatial filter. The proposed microwave spatial filters can be stacked directly into a group, and any microwave spatial filter can be independently added or removed without affecting the absorption performance of other filters and the out-of-band transmission characteristic of the entire group. This application provides a possible potential to design modularized multi-band absorbers. In addition, the proposed microwave spatial filters can also be applied to reduce the RCS of traditional metal targets, which makes it valuable in multiple applications.

吸波材料在隐身和电磁兼容技术中的重要性日益凸显。但传统吸波材料受限于吸收带外电磁能量无法透过以及吸收频点无法独立控制等，不适用于诸如隐身雷达罩、射电天文观测设备保护罩等需要在吸波材料后方放置信号发射及接收设备的应用领域。针对这一问题，本申请拟研究一种具有带内吸收、带外透过特性、可模块化应用的吸波材料，称作微波滤镜。微波滤镜可直接叠放成组，且任意一个微波滤镜可以独立增减，不影响其他滤镜的吸收性能以及整个滤镜组的带外透过性能，为多频谱吸波材料的模块化设计提供可能。此外，微波滤镜亦可应用于常规金属目标的隐身，表明其具有广泛的应用价值。

传统天线罩仅用以保护通信系统中天线等部件免受日常环境干扰，不能抵抗敌方或其他频段的电磁波探测和干扰。本项目提出了滤镜式吸波材料，用以构建天线罩，可以透过己方频段信号电磁波、减小敌方干扰和探测频段信号的反射。本项目主要从原理、设计到结构实现的思路开展研究。完成的工作和创新性成果包括：1）创新性地提出了电磁复合吸收机制的亚波长单元结构，并分析电场和磁场分别作用于该亚波长单元的电流分布，给出了其吸收和透过电磁波的工作机理。2）基于该亚波长单元结构，研制了带内高吸收、带外高透过、低剖面的单频滤镜式吸波材料，可在吸收频带内实现90%以上的吸收率、通带内达到90%以上的透过率。3）利用层叠工作方式，研制了低剖面、可模块化使用、多频带吸收/透过的滤镜式吸波材料组，该结构的吸收峰为微波滤镜独立工作时的吸收峰，且通带内电磁波仍达到85%以上的透过。4）为了同时实现光学和微波频段的电磁吸收，本项目研制了兼容微波/光学的滤镜式吸波材料。实测结果表明，研制的吸波材料可在7.5GHz-20GHz的宽频段内实现10dB以上的RCS缩减，同时在波长为300nm-2400nm的光学频段内实现92%以上的高吸收效率。5）开展了其他的创新性工作，如滤镜式宽带天线罩研究。研制的滤镜式宽带高透过低剖面频率选择表面在7.26GHz~16.91GHz具有超过80%的透过率。本项目研制的滤镜式电磁吸波材料可用于构建吸收型隐身雷达罩，解决传统反射型隐身雷达罩难以应对双站雷达探测的问题，提高作战平台生存能力。.项目执行期间，发表学术论文7篇，其中第一/通讯作者SCI一区/二区论文4篇；发表会议论文2篇；申请发明专利7项，其中授权2项；培养硕士生7名。各项目标达到预期。