雷达隐身技术的发展现状与趋势

雷达隐身技术的发展现状与趋势

摘要：叙述了雷达隐身技术的工作原理、类型及研究现状,综述了吸波材料的类型、介绍了雷达吸波材料若干新的发现、性能及应用, 同时展望了雷达吸波材料的发展趋势和研究发展的重点。

关键词：雷达吸波材料、吸波原理、现状、发展趋势

随着军事侦察技术的飞速发展, 军事设施及武器装备的隐蔽变得日益困难, 发现即毁灭已成为现代战事重要特点之一。在未来战争中雷达将是探测目标用得最多、最有效的侦察手段。由于雷达是通过测量从目标反射的雷达回波来发现目标的, 因此雷达隐身技术的研究核心是缩小雷达散射截面积( Rcs) 和尽可能减弱雷达回波信号的综合技术。

隐身技术作为提高飞行器生存、突防能力的有效途径之一 ,自二战以来,一直受到世界许多国家和地区的高度重视,这些国家陆续依据本国的现有技术实力、人力、物力和财力等,不同程度地开展着隐身技术和隐身武器的研究、设计、开发和应用 ,其中以美、俄、法等军事强国为表率。

飞机隐身重点是雷达和发动机、排气系统的红外辐射及消除噪音技术。坦克和装甲车等, 需要可见光 外隐身, 雷达波隐身及其复合技术。水面舰艇机动性最差, 其雷达波及红外隐身难度很高, 潜艇关键是对付声纳探测。

1 吸波材料的吸波原理

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量 ,并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量 ,一般由基体材料(或粘接剂 )与吸收介质(吸收剂 )复合而成。由于各类材料的化学成分和微观结构不同 ,吸波机理也不尽相同。尽管如此,材料的吸波性能还是可以用宏观的电磁理论进行分析,工程上也常常使用材料宏观的介电常数和磁导率来评价吸波材料的反射和传输特性。材料吸收电磁波的基本条件是 : ①电磁波入射到材料上时 ,它能尽可能不反射而最大限度地进入材料内部 ,即要求材料满足阻抗匹配②进入材料内的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉 ,即要求材料满足衰减匹配。

电、磁介质材料可以分别用自由空间部分及各自材料本身部分的电磁特性来加以描述。复介电常数(ε)和复磁导率(μ)是吸波材料电磁特性的2个基本参数 ,写成复数形式为ε=ε′- jε″；μ=μ′- jμ″

式中ε,′μ′分别为吸波材料在电场或磁场作用下产生的极化或磁化程度的变量ε″为在外加电场下,材料电偶矩产生重排引起损耗的量度。μ″为在外加磁场作用下材料磁偶矩产生重排引起损耗的量度。

由此可见,对介质而言,承担着电磁波吸波功能的是电导率和磁导率的虚部ε″和μ,″它们引起能量的损耗 ,介质损耗角δ的正切即损耗因子tanδ可以用下式表示

tanδ=tanδE+tanδM=ε″/ε′+μ″/μ ,′

tanδE=ε″/ε′

式中δE为电感应场D相对于外加电场的滞后相位δM为磁感应场B 相对于外加磁场的滞后相位。显然 , tanδ随ε″和μ″的增大而增大。材料的ε″，μ″和 tanδ越大,吸波性能越好。由此可见,要获得性能优良的吸波材料,必须综合考虑阻抗匹配和衰减匹配2种因素,尤其是材料的介电常数、磁导率和厚度参数等。有一种厚度为λ/4n,λ/2n的窄带谐振吸收层 (其中 n为材料的折射率，可使介质表面的反射系数为0,这实际上是介质上、下表面反射的电磁波干涉相消的结果。尽管提高吸收介质的电导率增加极化“摩擦”和磁化“摩擦”是提高损耗的重要手段 ,但当电导率达到金属特性时 , 反射系数η趋近于1, 将远离匹配条件 ,金属作为导电吸收剂一般以超细粉状复合到其他介质中 ,因此必定存在一个最佳电导率使材料的回波率最低 ,这个复合材料电导率一般在半导体范【1】

雷达波吸波材料是指吸收入射的雷达波, 并将电磁能转变成热能而耗散掉。良好的吸波材料的要求一是雷达波入射到吸波材料内其能量损耗尽可能大，二是吸波材料的阻抗与雷达波的阻抗相匹配满足无反射。吸波材料由胶粘剂和吸收剂以及各种助剂组成。胶粘剂是涂料成膜物质, 可使涂层牢固粘附于被涂物表面形成连续膜, 其中吸收剂是主体, 是吸波涂料的关键, 决定吸波涂料好坏; 各类助剂起辅助作用。隐身涂料作为一种最方便、最经济、适应性最强的隐身技术, 已在航空航天军事装备上得到广泛应用, 它的发展标志着一个国家科学领域的进步, 而且关系到国防力量的巩固。

2 吸波材料的分类

由于吸波材料种类繁多，吸波机理也不尽相同，目前对吸波材料有多种分类

方法，主要有以下4种

（1）按吸波机理不同，可分为吸波型和干涉型两大类。前者主要是材料本身对电磁波损耗吸收；后者是利用吸波层表层和底层两列反射波的振幅相等、相位相反进行干涉抵消。

(2)按材料耗损机理的不同，可分为电阻型、介电损耗型和磁损耗型。碳化硅纤维、石墨等属于电阻型吸波材料，电磁能主要衰减在电阻上；钛酸钡、铁电陶瓷等属于电介质型吸波材料，其机理为依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化等弛豫、衰减、吸收电磁波；铁氧体、羧基铁粉、磁性金属及其纳米材料等属于磁介质型吸波材料，磁介质吸波材料的机理主要归结为畴壁共振和自然共振、磁滞损耗、后效损耗等磁极化机制，衰减、吸收电磁波，具有较高的正切磁损耗角，其吸波能力强，吸收频带宽，目前应用最为广泛。

(3)按材料成型工艺和承载能力，可分为涂敷型和结构型两大类。结构型吸波材料是将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中所形成的结构复合材料；而涂覆型吸波材料是将吸收剂和粘合剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层，其以涂覆方便灵活、可调节、吸收性能好等优点受到世界许多国家的重视。

(4)按研究时期还可以分为新型吸波材料和传统吸波材料。传统的吸波材料有铁氧体、羟基铁、金属铁粉、钛酸钡、碳化硅石墨、导电纤维等，存在吸波频带窄、密度大等缺点；新型吸波材料有导电聚合物、手性材料、纳米材料、视黄基席夫碱等，具有吸收能力强、密度小等优点。但无论传统还是新型的吸波材料，单独使用其中一类很难满足“薄、轻、宽、强”的要求。利用复合材料的协同效应和电磁参数可调的优点，将不同吸收频带、不同损耗机制(电阻型损耗、介电型损耗、磁损耗)的材料进行多元复合，有可能实现宽频、轻质、强吸收、微波红外多波段电磁波吸收兼容的目标。近年来，对同时具有两种或两种以上功能特性的复合材料的研究正逐渐成为热点。【2】

3.吸波材料的国内外研究现状

3.1国内研究现状

朱洪立等利用常规粉体吸收剂和导电纤维作为复合吸收剂, 掺混于改性PVC机体中, 制备出宽频雷达材料。当粉体吸收剂含量为70%、导电纤维含量为7%、厚度为2.8mm 时, 在6~ 18GHz范围内反射率小于10dB, 但是在低频波段的