雷达吸波材料技术研究综述

现代无线电技术和雷达探测技术的迅猛发展，极大地提高了飞行器探测系统的搜索、跟踪目标的能力。

传统的作战武器系统受到的威胁越来越严重，隐身技术成为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段。

隐形飞机在军事行动中成功亮相，立即引起军事专用设备家的关注。

针对雷达探测的隐身技术途径主要有两条，一是通过飞机、舰艇等武器的外形进行改进，减少雷达截面积；二是应用雷达吸波材料对雷达波进行吸收或是减少对它的反射。

外形隐身技术难度较大，成本高，容易使目标的结构性能劣化，而采用吸波材料技术相对简单，设计难度低。

各军事强国普遍重视对吸波材料的研究与开发，谋求武器装备的隐身化已成为军事强国角逐军备高新技术的热点。

１
雷达吸波材料的隐身原理
电磁波在空气中传播遇到媒质时，由于媒质的阻抗与自由空间的阻抗不匹配，电磁波在空气与媒质界面发生反射。

材料对电磁波的吸收，关键在于吸波体与空气媒质的阻抗是否匹配。

当电磁波通过阻抗为Ｚ的自由空间入射到输入阻抗为Ｚ的吸收波界面上时，一部分被反射，另一部分进入吸波体，吸收体反射系数可用公式表示为：，（
，）。

式中：Ｚ为自由空间的特性阻抗，Ｚ为吸波材料的归一化输入阻抗，μ，ε为自由空间的磁导率和介电常数，μ，ε为材料的磁导率和介电常数。

为了达到完全无反射，要求材料的Ｚ＝Ｚ即μ／μ＝ε／ε。

μ／μ，ε／ε
分别为材料的相对磁导率μ与相对介电常数ε，高性能的
吸波材料要求在尽可能宽的频率范围内，保持μ＝ε。

２
雷达吸波材料
吸波材料主要由吸波剂和基体材料构成，吸波剂是起
吸收与反射电磁波作用的物质，常用的有铁氧体、羰基铁、导电炭黑、石墨等。

基体材料吸收剂的载体能够承载并分散吸收剂，且本身具有一定的机械性能。

由吸波材料的工作原理可知，吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力有密切关系。

因此吸收剂的研制与开发是吸波材料领域的重要方向。

２．１纳米吸波材料
纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级（１～１００ｎｍ）的材料，独特的结构使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应。

由于纳米微粒尺寸小，比表面积大，表面原子比例高，悬挂键增多，增大了纳米材料的活性，从而界面极化和多重散射成为重要的吸波机制。

量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级发生分裂，分裂的能级间隔正好处于微波的能量范围（１０ｅＶ～１０ｅＶ）内，这为纳米材料的吸波创造了新的吸波通道。

纳米微
粒呈现出奇特的电磁、光热以及化学等特性，在电磁特性方面，纳米材料与大尺度的材料相比，具有吸波性能好、频带宽等优点，因而在电子对抗中有着广阔的应用前景，已成为各军事强国研究的热点。

美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波吸收率可达９９％。

法国也研制出一种由粘结剂和纳米级合金粉及碳化硅填料制成的薄膜吸波复合材料，在５０ＭＨｚ５０ＧＨｚ内具有很好的吸波性能。

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４
～雷达吸波材料技术研究综述
李洪瑞
刘长华
朱守中
（解放军炮兵学院，安徽合肥２３００３１）
摘　要：文章阐述了吸波材料的研究意义，然后给出了雷达吸波材料的工作隐身原理，重点介绍了纳米吸波材料，多频谱吸波材料，手性吸波材料，导电高分子吸波材料，结构吸波材料，多晶纤维吸波材料，电路模拟吸波材料，等离子体吸波材料等新技术的发展及应用，最后提出了雷达吸波材料技术的发展趋势。

关键词：雷达；吸波材料；综述
Summarization R esearchonAbsorbingMaterialsofRadar
LIHong-rui,LIU Chang-hua,ZHUShou-zhong (Artillery Academy of PLA,HefeiAnhui 230031)
Abstract:In this paper,the significance of research on radar absortbing materials(RAM)is explained first,and then the working principle of RAM is reviewed.The Nanometer material,Multiple spectrum stealth,Chiral material,Conductive polymeric radar absorbing material,Structural absorption materials,Polycrystallineironfibers,and Imitateelectriccircuit aredepicted detailed.The developingtrendofRAMisintroduceda tlast.
Key words:radar;absortbing materials(ram);summarization
收稿日期：修回日期：作者简介：２００８－０６－２６２００８－０７－２２
李洪瑞（１９７９－），男，山东东阿人，硕士研究生。

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中国西部科技２００８年９月（上旬）第０７卷第２５期第１５０期
总
２．２多频谱吸波材料
随着红外探测器、米波雷达、毫米波雷达、激光雷达等先进探测设备的出现，仅采用对抗单一频带的隐身材料是远远不够的，单一波段吸波材料在未来将不再具有实战意义。

在同一目标上使用的材料不应再是单功能多层结构，而希望成为多功能材料、实现四个或五个波段以上的多功能隐身材料一体化设计。

只有能够对抗多种探测仪器的多频谱隐身材料才能满足军事装备隐身的需要。

美国Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ公司研制出一种多频谱超轻型吸波材料，这种新型材料为柔性复合材料，主要成分为聚合物，经过多道工序制得。

该材料很轻，其质量只有１３１ｇ／ｍ，既可吸收雷达发射的频率高达１４０ＧＨｚ的厘米波和毫米波，又可防近红外（０．６～０．９μｍ）、中红外（３～５μｍ）、远红外（８～１０μｍ），还能防波长为０．３～０．７μｍ的可见光。

我国已研制出复合隐身涂料，它能使８～１２ＧＨｚ和２６．５～４０ＧＨｚ波段的雷达散射面积衰减８～１０ｄＢ，相当于雷达探测距离减小，它还能改变被保护目标的红外辐射特性，降低红外成像制导的发现和识别概率。

２．３手性吸波材料
手性是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使物体与镜像重合的现象。

研究表明，具有手性结构的材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波，手性吸波材料是近年来开发的新型吸波材料。

手性吸波材料是利用手性物质的旋光色散性吸收电磁波能量的，性质主要由它的手性参数的电磁参数决定，合理地选择手性参数可极大地改善材料的吸波性能。

目前研究的手性雷达波吸收材料，是在基体中搀杂手性结构物质形成的手性复合材料。

美国专利ＵＳ４９４８９２２介绍了一种吸波涂层，其基体由导电聚合物或其它低损耗电介质组成，手性材料以螺旋状形态掺杂在基体中，该种吸波涂层能在较宽频带范围内对电磁波进行有效反射和吸收。

手性材料与普通吸波材料相比有两个优势：一个是调整手性参数比调节介电参数和磁导率容易，大多数材料的介电参数和磁导率很难在较宽的频带上满足反射要求；二是手性材料的频率敏感性比介电参数和磁导率小，容易实现宽波段吸收。

手性吸波材料自２０世纪８０年代才受到一些部门的重视，虽处于刚起步的阶段，但有着广阔的发展前景。

２．４导电高分子吸波材料
导电高分子是利用某些具有共轭主链的绝缘高分子聚合物，通过化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移来设计其导电结构，实现阻抗匹配和电磁损耗，达到对电磁波的吸收。

经掺杂后的高分子链结构上存在自由基（偶极子或孤子），这类偶极子的跃迁使高分子具有了导电性。

导电高分子的导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间广泛地变化，不同的电导率呈现不同的吸波性能。

其电导率的大小与导电高分子的分子链长及分子结构对偶极子的束缚力有着密切的关系。

一般来说，高分子链越长，结构规整性越好，导电性就越好。

对于导电高分子吸波材料的研究表明：导电高分子处于半导体状态时（电导率在１０～１０Ｓ／ｃｍ），对微波有较好的吸收。

导电高分子吸波涂料是新开展的高分子材料研究领域。

美国宾夕法尼亚大学Ｍａｒｃｄｉａｒｍｉｄ将聚乙炔用作吸波材料，用该材料制成２ｍｍ的薄膜对３５ＧＨｚ的微波吸收可达９０％。

法国的ＬａｎＹｅｎｔ、Ｏｌｍｅｄｏ等研究了聚吡咯、聚苯胺、聚－３－辛基噻吩在３ｃｍ波段内的吸收，结果发现它们的吸收率均在８ｄＢ以上。

导电高分子的密度小，一般在１．１～２．０ｇ／ｃｍ的范围内，可使隐身装备轻量化；可溶性导电高分子加工性能良好，可实现薄层化；导电高分子热稳定性好，在空气中开始分解的温度在３００℃以上，可以较好地适应环境。

还能与无机磁损耗物质或超微粒子复合，可发展成为一种新型的轻质、宽带微波吸收材料。

高分子的光功能材料能够透射、吸收、转换光线，有的材料在光的作用下可以变色，它们将在红外和可见光隐身中大显身手。

２．５结构吸波材料
为了提高承载和吸波性能，减轻飞行器质量和改善气动特性，发展了一种由结构型吸波材料、透波材料和其它材料构成的结构型吸波体，或简称吸波结构。

这种结构把隐身技术中的两个主要技术——外形技术和材料技术结合起来，有时还可以结合阻抗加载技术，具有承载和减少电磁反射的双重功能，其综合性能明显优于单独的材料技术，结构吸波材料因此很快就广泛应用于各种隐身飞行器。

吸波性能优良的结构材料主要有层板型、蜂窝型与复合型，一般以热塑性材料（如环氧树脂）为基体与吸波剂混合，并用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化纤维进行增强而成。

新研制的结构型吸波材料不仅对雷达波、红外线有很高的吸收率，而且具有较好的承载能力，容易维护，发展潜力很大。

采用碳纤维增强的热塑性树脂结构吸波材料作为武器系统的主承力结构，不仅具有良好的透波、吸波性能，而且强度高、韧性大、质量轻，可使武器减少自重、增强机动性能。

美国专利ＵＳ６０４３７６９介绍了一种结构吸波材料，由泡沫颗粒和纤维束组成，纤维束分布在泡沫颗粒上，形成一种泡沫纤维混合物，能够铸成各种所需形状。

成形的吸波体能够在１０ＭＨｚ～１００ＧＨｚ的频段内吸收电磁波。

２．６多晶纤维吸波材料
多晶纤维吸波材料是靠涡流耗损和磁滞损耗一起构成磁损耗，在外界交变电磁场的作用下，纤维内的自由电子产生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转换为热能而损耗掉。

它是一种质轻的磁性雷达波吸收剂，具有吸收强、频带宽、面密度低等特点，克服了大多数磁性吸收剂存在的严重缺点，可在很宽的频带内实现高吸收率，质量比传统金属微粉吸波材料轻４０％～６０％，涂层质量仅为１．５ｋｇ／ｍ～２．０ｋｇ／ｍ。

美国３Ｍ公司研制出的亚微米级多晶铁纤维吸波涂层在４～６ＧＨｚ频带内的反射率低于－５ｄＢ，在６～２０ＧＨｚ频带内的反射率低于１０ｄＢ，在１０．５～１３．５ＧＨｚ频带内的反射率低于－２０ｄＢ。

欧洲ＧＡＭＭＡ公司利用多晶铁纤维吸收剂成功地研制出雷达隐身涂层，实现了宽频的吸收，其最大吸收可达３４ｄＢ。

据报道，该技术已成功用于法国战略导弹和载入飞行器上。

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开发应用
（下转第１６页）
结构物断面相适应。

按公路—Ⅱ级荷载等级验算设计的装配式钢筋混凝土盖板涵结构尺寸比原荷载等级设计的装配式钢筋混凝土盖板涵相差较大，同样钢筋数量相应增加。

如盖板涵板厚、墙身厚、基础尺寸相应加大增加混凝土工程数量。

盖板钢筋构造图也发生较大的变化，增加钢筋总重量。

这种现象自然影响工程造价，成影响造价的主要因素之一。

对农村公路改建项目本身投资较少。

项目评审后为降低造价采取降坡、取消硬化路肩、缩短拓宽段等方法降低造价。

实际上以上因素不是影响造价的主要因素。

为降低造价采取的方法影响整个项目的综合设计质量。

对农村公路采用装配式钢筋混凝土盖板涵旧《标准》和《标准图》，与实际很适宜又可节约投资。

４桥涵汽车荷载等级已变，但未颁布相应《标准图》，给设计单位增加工作量
在新颁布的《公路工程技术标准》（ＪＴＧＢ０１—２００３）中规定二级及二级以下公路的桥涵荷载等级为公路—Ⅱ级。

但目前为止还没有颁布公路—Ⅱ级荷载等级下桥涵设计相关《标准图》。

部分设计单位仍按照原《标准图》设计，还一部分设计单位根据公路—Ⅱ级荷载等级进行验算
重新设计装配式钢筋混凝土盖板涵。

由于此时无统一的《标准图》，各设计单位意见不一。

灌溉用的盖板涵较多，跨径也多样化，带斜度等等问题无《标准图》，对设计单位无参考的依据。

设计单位对每一个不同跨径、不同斜度的装配式钢筋混凝土盖板涵进行验算重新设计，结果设计单位桥涵构造物方面工作量成倍增加，并带来一定难度，影响如期交设计文件时间。

由于没有设计《依据》，在项目评审时专家组的意见不同，甚至发生设计阶段的变更。

在我区每年改建上千公里农村公路，其中投入改建桥涵构造物的投资占总造价的５～１０％。

就此推算对农村公路的改建所需投资反而增加。

虽然最近几年已改建的农村公路里程达到一定的数量，但还未改建的农村公路占相当大的比例，将继续改建。

我认为针对此问题在新《标准图》颁布之前采用旧《标准图》，或交通部门应组织有关专家按公路—Ⅱ级荷载等级编制跨径适合农村公路灌溉渠断面的涵洞构造物标准图，为农村公路设计提供基础，才能充分利用对农村公路改建工程投入的有限资金。

参考文献：（略）
２．７电路模拟吸波材料
电路模拟吸波材料是在合适的基底上涂覆由导电材料做成的薄窄条、网络、十字形或更复杂的几何图形，或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络实现阻抗匹配及损耗，从而达到高效吸收雷达波的目的。

这种吸波材料的性能明显优于简单类型的吸波材料。

这种吸波体运用等效电路或二维周期介质理论进行匹配设计，当涂层为厚时，达到Ｒ＜－１０ｄＢ水平，带宽约８ＧＨｚ，但设计麻烦，应用也有困难。

这种吸波体也可以和阻抗渐变结构结合使用。

当然组合使用也会带来设计工艺复杂，结构完整性受限，耐温度变化性降低等缺点。

２．８等离子体吸波材料
等离子体吸波的基本原理是：利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在兵器表面形成一层等离子云，通过控制等离子云的能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等特征参数，使照射到等离子体云上的雷达波在遇到等离子体的带电离子后，两者发生相互作用，电磁波的一部分能量传给带电离子，被带电离子吸收，而自身能量逐渐衰减。

如可以在弹道导弹的弹头和飞机关键部位采用等离子体涂料隐身。

涂料以钋－２１０、锔－２４２、锶－９０等放射性同位素为原料，在飞行器飞行过程中放射出强α射线，高能粒子促使空气电离子形成等离子体层，其吸收性能在１～２０ＧＨｚ范围内衰减可达１７ｄＢ，如使频率为１ＧＨｚ入射波衰减１０％～２０％的钋－２１０涂层厚度仅为０．０２５ｍｍ。

这种技术与目前已经广泛应用的隐身技术相比有诸多优势：一是吸波频带宽，吸收率高，隐身性能好；二是使用简单，价格便宜；
三是无需改变飞机的气动外形，不影响飞机的飞行性能，还可大大降低飞行阻力。

１９９９年初，俄罗斯克尔德什研究中心就已经开发出第一代离子体发生片和第二代等离子体发生器，并在飞机上进行试验获得了成功。

３
雷达吸波材料技术发展趋势
材料的吸波性能主要由其微波频率下的复磁导率μ和复介电常数ε所决定，所以纯粹的磁损耗型吸波材料或电损耗型吸波材料都不是最理想的选择。

只有兼具磁损耗和电损耗才有利于展宽频带和提高吸收率。

传统的吸波材料主要以强吸收为目标，但存在频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到一定的限制。

新型的吸波材料要求满足“薄、轻、宽、强”的特性，还要满足多频谱、耐高温、耐海洋气候和抗辐射等更高要求。

为此，磁电的统一是吸波材料的发展方向。

磁性高分子微球和导电聚合物的复合有可能获得磁电统一的、轻质、宽频带、高吸收的新型微波吸收剂，它将在隐身材料技术上有广阔的应用前景。

参考文献：
［１］钟华，李自力．隐身技术——军事高技术的“王牌”［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００４．
［２］李密，吕钊．现代雷达的隐身与反隐身技术［Ｊ］．中国雷达．２００２，（４）：２９～３３．
［３］彭艳玲．飞机隐身技术及隐身材料［Ｊ］．航空学报，２００６，１９９９，２０（３）：２８７～２８８．
［４］秦嵘，陈雷．国外新型隐身材料的发展状况［Ｊ］．宇航材料工
艺，２００７，（４）：１７～１９．
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（上接第０７页）中国西部科技２００８年９月（上旬）第０７卷第２５期第１５０期
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