雷达隐身材料

雷达隐身材料（精选5篇）

雷达隐身材料 篇1

0 引言

军用航空飞行器的研究和设计正向高速化、多功能化、隐身化和智能化发展。航空飞行器对构成材料提出了成型结构和多重功能的特殊要求。智能材料具有感知、处理、执行的功能,是一种具备多种功能的特殊功能材料或系统,能够满足结构材料多功能化要求。在隐身材料领域,雷达作为军事斗争中非常重要的探测和预警方式,仍是当今军事斗争中的重要主题。复杂多变的电磁环境对隐身材料提出了宽频、强吸收等要求。武器装备的智能化迫切需要开展智能雷达隐身材料的研究。

1 智能雷达隐身概述

1.1 雷达隐身机理

雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转雷达回波的强度,降低目标的雷达散射截面积(Radar cross section,简称RCS),使其在一定范围内难以被敌方雷达发现和识别的技术。根据雷达系统的工作原理,雷达的最大探测距离Rmax为:

Rmax =[PtGt2λ2δ/(4π)3Pmin ]1/4

式中,Pt、Gt为雷达的发射功率和天线增益,λ为雷达的工作波长,Pmin为雷达接收机的最小可检测信号功率,δ为被探测目标的雷达散射截面积(RCS)。RCS是度量雷达回波强弱的物理量,以平方米为单位,表示为对数形式:

δdBsm=10lgδm2

降低目标RCS的主要技术手段主要有通过设计目标的外形来缩减雷达主要威胁方向的反射截面或采用雷达吸波材料(RAM)将入射雷达波吸收、衰减,减弱反射回波。雷达吸波材料是指能吸收、衰减入射电磁波,并将电磁能量转换成其他形式的能量而耗散掉,或调制电磁波使其因干涉相消的材料[1]。雷达吸波材料按照损耗机制可分为电损耗型和磁损耗型,其中电损耗型吸波材料又包括电阻损耗型和介电损耗型两种。超材料出现后研究人员将其引入雷达吸波材料结构体中,结合其损耗特性和频率响应特性开展广泛研究。超材料作为雷达隐身材料,是隐身技术中的一项重要技术,广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等重要领域。

1.2 智能雷达隐身

智能材料可通过自身结构表层或内部获取的关于环境条件及其自身变化信息,通过综合判断、信息处理而作出相应反应,如通过改变自身结构或功能等特性来很好地协调自身与外界的适应度,即构成具有自适应性的材料系统。智能蒙皮是智能雷达隐身材料实现功能的一种重要方式。智能蒙皮是通过将光纤传感器、微处理装置、微型电子元件、特殊功能装置植入武器系统的外层或内部结构体中。美国空军于1985年首先提出光纤智能蒙皮隐身的概念和计划,将这种光纤灵巧蒙皮内嵌入雷达、导航设备、目标搜索以及各种传感器元件中[2],使光纤数字电路遍布飞机机翼内来进行感知、传感,通过采用特殊功能材料或系统结构来实现飞行器隐身等特殊功能要求。将来的武器将会更多地在表层结构上采用智能蒙皮[3]。

动态自适应雷达吸波材料(DARAM,Dynamically adaptive radar-absorbing materials)是智能隐身材料研究的热门方向,主要通过将动态自适应雷达吸波材料作为智能蒙皮的特定功能部件来实现系统在一定输出信号作用下隐身性能动态可调。利用导电高聚物在外加电压条件下电磁参数特别是介电常数的可调控性来实现DARAM[3];利用液晶分子取向各向异性来实现对基体介电常数等电磁特性的调控,从而改变吸波特性;主动FSS则主要通过改变主动FSS的阻抗来改变吸波体谐振特性和损耗特性,以实现智能雷达隐身。

2 国内外研究现状

传统被动雷达隐身材料一旦成型,其工作带宽、谐振频率、最大吸收深度等参数都是固定的,难以满足外部复杂多变电磁环境所需要的自适应隐身要求[4]。而智能雷达隐身材料主要利用智能材料智能、可控等特性,通过对所设计成型的吸波材料施加外部信号来调控材料的吸波特性[5],实现智能雷达隐身。

2.1 导电高分子材料

导电高分子材料在雷达隐身材料中研究较早。法国Laurent Olmed等研究的聚吡咯、聚苯胺、聚-3-辛基噻吩在3cm波段内均有-8dB以下的吸收率[6,7]。对导电高分子进行掺杂改性,可改变其电导率和电磁特性参数,得到应用所要求的电磁特性材料。

英国谢菲尔德大学在导电高聚物电阻率可调方面做了大量工作,研究制备了一种实现阻抗和介电常数的可电控调节的导电高聚物。针对PANi·HBF4、PEO(polyethylene oxide)[7]、银(12%(质量分数))和AgBF4(12%(质量分数)),该导电高聚物的可控原理基于如下化学反应:

undefined

该反应式左边分子导电性较好,右边分子不导电,施加电场后反应式向易导电方向移动,因而可通过施加电压得到该高聚物不同电导率,也就是能够通过施加电压实现高聚物的电磁参数可调,得到吸收峰在一定频段内迁移的特性(见图1)。

Jaumann层是一种多层复合的雷达吸波体,通过采用不同的导电高分子作为Jaumann吸波体中不同结构层,得到具有不同电磁参数结构层复合的Jaumann吸波体,通过对不同层施加不同电压,得到不同电磁参数,改变电磁波在聚合物内的波长,实现吸收峰可调谐。研究人员还研究了由两层导电高聚物构成的Jaumann雷达吸波体,每层厚度依据阻抗匹配等原理设计,同时每层导电聚合物的电磁参数都可以调节(见图2)[8],从而实现阻抗匹配,使吸收峰在较宽范围内改变,得到动态自适应雷达吸波材料。

2.2 液晶分子

液晶分子具有很多特殊的性质,F.Goelden等利用液晶分子各向异性的特性,通过设计得到含液晶体的MIM(Me-tal-insulator-metal)结构体形式,在金属层与液晶层中加入一层薄层橡胶材料,液晶层通过由金属层构成的电极产生的电场来对液晶分子的取向等状态进行调控,这种装置具有很好的可调控性同时其响应时间很短[9]。他们分析了其在微波器件中的可实现性,通过研究发现其介电性能可由外部电压信号进行调控[9]。

Wenfei Hu等[10]研究了一种基于FSS的含液晶的主动吸波结构,这种结构在基体中添加可电控的各向同性的向列阵型液晶。

结构体是由两层支撑用的石英晶片支撑中间夹层,在夹层腔内灌入BL037液晶混合体,这种液晶在无偏置电压时(即偏置电压为零时)液晶分子平行于两层夹层晶片取向,若施加一定电压则可得到一定扭矩,使液晶分子取向发生改变,从而得到介电常数可调的基体材料(见图3)。随着液晶分子研究和应用的深入,其在可变电磁参数方面的研究也越来越多。同时有研究表明将高介电特性液体渗透到低介电常数的多孔基体中[11],通过改变外加电场环境也可以实现对介质基体电磁参数的调控从而实现DARAM。

2.3 可电控超材料

可电控超材料可以通过将Salisbury屏、 Jaumann吸波体等的吸波结构体中电阻屏替换为阻抗可控的FSS层来制备得到[12]。通过在吸波体中引入电阻和电抗成分,提高结构吸波体吸波性能和可设计性[13]。所引入的电阻、电抗特性可通过一定的变换关系采用等效电路分析,即通过传输线理论得到吸波体阻抗特性结合等效电路法对电阻片的电感、电容等参数进行分析,研究电磁波在吸波结构中的反射(传输)的特性。通过采用含电阻和电抗的薄片层代替Salisbury屏的电阻屏来实现较薄结构较宽频带内阻抗匹配特性,即引入FSS层以获得所需的阻抗特性[2,3,4,5,6,7]。

尽管FSS的引入能在较大范围内增加吸波体的谐振带宽[14,15],但这种结构体仍然是被动的结构体,具有特定不变的反射特性。通过对电损耗型FSS进行研究发现,电损耗型FSS单元方阻的变化可引起吸收峰的迁移,在吸波体中引入一个或者多个要素可施加电信号或是光信号响应条件下阻抗特性可变的材料或元器件,就可以实现主动的、可适应的吸波结构,主动超材料应运而生。主动雷达吸波材料是在被动FSS吸波结构体基础上发展起来的,可以通过施加外部信号改变其电磁散射特性的一种结构材料,具有适应给定操作的能力,即在遭遇威胁的情况下,可由高反射率状态迅速变为低反射率状态[16],同时这种反射率可变调性可在多个不同的频段范围内实现。

主动FSS充分利用FSS独特的选频特性和特殊的吸波性能,在FSS加载可调集总元器件。研究人员对采用GaAs肖特基型二极管、PIN二极管、变容二极管、MEMs、MEMs等集总元器件构成可调节响应偶极子开展了广泛研究[12],通过外加电压源或电流源对有源器件施加偏置电压或是偏置电流来改变元器件的电阻或电抗,对加载有源器件的FSS的谐振峰进行调制,实现超材料可调谐功能。

英国KENT大学研究小组T.K.Chang等首次提出可电控FSS的概念。他们通过实验方法对含PIN二极管的FSS进行测试分析,运用实验方法对PIN二极管加载的有源FSS进行分析[17,18],并提出了方环型有源FSS的等效电路模型。

Sheffield大学的B.Chamber等所在课题研究小组在传统雷达吸波结构体研究基础上,对主动频率选择表面进行理论分析和实验研究。他们分析研究了一种平板结构吸波材料,主要是基于Salisbury屏拓扑结构的一种结构吸波体。图4是他们设计的吸波结构体模型,通过对传输线理论分析,结合等效电路法进行研究,得到其结构体等效电路的输入阻抗,分析其阻抗匹配特性,同时对其电磁特性展开了研究[19,20,21,22,23,24,25,26],得到通过改变等效电路的输入阻抗以实现其反射特性在较大范围内改变的结论。

主动FSS的谐振特性可通过施加偏置电流改变PIN二极管的阻抗特性来进行调节。这种可电控FSS层由二维蝶形单元和在其中心位置装载PIN二极管的阵列构成,装载在泡沫介质体上得到可电控超材料吸波体,图5示出了含PIN二极管的蝶形偶极子构成的可电控FSS结构体示意图。

这种结构与同样厚度传统被动的雷达吸波材料相比,具有更好的反射带宽特性。施加不同的偏置电流,其在8～14GHz频段范围内具有很好的吸波特性,在9～13GHz频带范围内吸收峰可移动(见图6)。

后期他们主要分析研究了当PIN二极管处于导通和截止状态时得到的吸波特性变化的相位调制屏,研究电磁波在金属平板沿入射波的入射方向做周期性的正弦振动产生的周期性多普勒频移现象。反射波的能量被搬移到以载波频率fc为中心的无限多边带频率点上,由于不是所有反射能量都位于fc处,从接收机的角度来看,结构体在fc处表现出类似于吸波材料的性能[23,24,25,27]。国内南京航空航天大学[28]在此基础上利用PIN二极管通断特性研究分析了含PIN二极管吸波材料相位调制特性。

A.E.Martynyuk等通过加载阻抗的方式分析了圆环型有源FSS[29],通过加载PIN二极管,利用波导仿真器的实验方法,分析在不同偏置电流下有源FSS的透波特性的改变。同时,在有源FSS应用方面的研究,如微波吸波材料等,也取得很大的进展。H.Liu等[30]通过在带通型FSS中引入不同参数的电容和电感元件,模拟计算得到引入可变参数集总元件FSS具有可变谐振峰的可调传输特性。通过合适的制备工艺在带通型FSS上通过手工制备得到的样品传输特性曲线,实际测量结果与计算模拟结果基本一致。

国内一些高校和研究机构针对PIN二极管作为流控电阻器的主动频率选择表面进行了相应研究。西北工业大学的赵惠玲等研究了单层有源FSS雷达吸收体[31],仿真分析了蝶形有源FSS雷达吸收体。

图7为主动FSS结构图[31],其基本结构与A.Tennant研究得到的吸波结构基本相同。他们通过有限元方法对电控吸收屏进行分析[32]。图8是他们通过采用HFSS软件对蝶形单元进行仿真计算得到的反射率曲线。研究表明当电阻增加到一定范围时,反射率将不再减小反而增大。

东南大学的朱敏等研究单环FSS电控吸波屏和双环FSS电控吸波屏[33],并通过波导仿真器和暗室测试得到其可调控吸波特性。

图9为所研究的单层电控吸波屏结构示意图和等效电路图。所设计制备的双层可电控吸收屏在电磁波垂直入射、电场极化方向与PIN二极管取向一致的情况下,不同馈电电流下吸收峰在低于-20dB的频带宽下移动能覆盖X波段,实现谐振频点动态迁移[34]。同时在大角度斜入射情况下吸波屏在不同馈电电流下吸收峰也可以实现动态迁移。

可电控FSS具有可电控、快速响应、精确控制等特性,使其在研究应用领域有广阔的应用前景,其吸波损耗机理研究仍不明确,有待进一步研究。

3 结语

智能隐身材料吸波特性的改变主要基于电磁可调控、谐振特性可变以及材料结构的改变实现的。导电高分子材料的电导率和介电常数可调控范围调节对于应用需求而言仍然不够大,同时调控稳定性难以保证;液晶分子依据分子在电场下取向来获得不同电磁参数实现可调,但这两种方式具有调控宽度较窄、调控不精确、调控响应时间较长等问题,而对含PIN二极管等集总器件的可电控超材料能很好地克服这些问题。金属贴片型超材料等效为集总器件,其单元特性的改变直接引起集总器件的阻抗(含电阻、电容和电感)特性的改变,而单元改变可以实现吸收峰的迁移,所以当引入可变阻抗特性的集总器件进行近似分析可以使其谐振特性随特性阻抗发生改变。

然而在这方面仍有很多研究工作要做:(1)研究的机理尚不明确,吸收峰产生的位置带宽仍难分析,亟待解决;(2)仿真是有效减少实验的重要方法和手段,也是指导和分析实验的重要方法,但主动可电控超材料实验制备影响因素较多,与被动超材料仿真研究相比,模型建立和分析的准确度有待研究;(3)可调谐超材料的应用前景广阔,而从实验制备到应用制备影响因素诸多,需要系统研究。

智能隐身材料的研究必将带来新的理论和工艺研究方法,对材料科学的发展具有很大的促进作用,同时智能雷达隐身材料作为雷达隐身的一个新兴方向和重要领域必将发挥更大的作用。

雷达隐身材料 篇2

现代战争表明,隐身飞机已成为雷达防空系统的.主要威胁之一,给雷达的生存和探测能力提出了巨大挑战.文章通过分析隐身飞机的发展情况、雷达隐身机理和作战特点,阐述了它对作战样式和防御系统产生的重大影响.分析讨论对隐身飞机进行雷达对抗存在的困难和可能性,并从研发新式反隐身雷达、利用新技术改进现有雷达和运用战略战术三个方面对如何提高雷达反隐身能力进行重点论述.

作 者：马井军 赵明波 张开锋 穆仕博 作者单位：马井军(93251部队,161001)

赵明波,张开锋(国防科技大学电子科学与工程学院,410073)

穆仕博(中国空空导弹研究院军事代表室,471009)

雷达探测隐身飞机仿真 篇3

在雷达装备发展的过程中, 雷达反 (抗) 隐身技术便成为尤为突出的关键问题。

目标隐身技术主要是采用对目标外形、结构的优化设计及采用吸波材料等技术, 大大降低目标的雷达探测回波截面积, 从而降低被敌方雷达发现的概率, 在隐蔽状态完成战斗使命。目前隐身飞机主要有:F-117A、F-22及B-2等。其中B-2战略轰炸机的雷达回波面积只有0.001m2，具有相当强的隐身能力。

为提高雷达系统的反隐身能力，本文提供了一种雷达探测隐身目标的仿真方法。目标隐身范围比较广泛, 包括电磁隐身、红外、电视、声隐身等, 本文只讨论电磁隐身，即躲避雷达电磁回波的隐身[1]。

1 典型隐身飞机的特点

隐身技术旨在减小目标的雷达回波截面积。隐身目标具有比常规目标低得多的雷达探测回波截面积。现代飞机采取隐身技术后，雷达特征截面积降低20～30 dB, 雷达的最大探测距离降低至56.2～17.8%。由此可见，隐身目标已成为现代战场上的主要威胁, 雷达反隐身则成为现代战争中亟待解决的关键问题。

下面介绍两种主要的目标隐身技术：

(l) 外形隐身:采用平面围成的多面体外形，在对接处采用融合技术，以比较大的倾角把大量的雷达波束向上、向下反射出去，而不返回雷达接收机;或者采用尖锐直线外形，使机体表面的各边缘尽可能和翼面的前后缘平行，从而将反射波集中到几个狭窄的波束之内，使大部分角度内雷达反射信号接收趋近，接收不到连续的回波信号。

(2) 涂复吸波:采用RAM涂料，依靠其中的“活性成分”对电磁波的响应使分子结构内部重新排列，以分子振荡来吸收雷达入射波的大部分能量。虽然目前的RAM涂料的工作频率范围仅限于1～2GHz，但这是目前精密雷达的主要工作频段。[2]

目前, 已投入作战使用、最具代表性的隐身飞机有F-117A战斗轰炸机和B-2A战略轰炸机。主要性能见表1。

2 雷达探测隐身目标的仿真方法介绍

2.1 未使用隐身手段的目标

由于目标不具备等隐身手段，故不考虑雷达回波面积对雷达探测的影响，只要目标出现在雷达的仿真探测范围内，都认为目标可被探测到。雷达仿真首先模拟出雷达位置、雷达周期、雷达探测范围和雷达数据报文，然后在不同距离上模拟出目标，若目标与雷达的距离小于雷达最大探测距离，则可认为目标被探测到，送出雷达数据报文，以供雷达数据处理软件使用。

2.2 检测隐身目标的仿真方法

由于雷达对隐身目标的探测概率较低，故不能在仿真时认为满足普通目标探测的任何条件下都能探测到隐身目标。本文提供一种探测隐身目标的仿真方法，以适应对隐身目标的雷达数据处理。

考虑隐身目标的雷达回波面积非常小、回波面积受多种条件的影响且具有不确定性，本文提出通过改变隐身目标雷达回波面积RCS来使雷达的探测概率发生变化的仿真方法，由数据处理软件判断隐身目标是否能被探测到。

由于可准确获得各种隐身目标的雷达回波面积范围，仿真中设定某种目标的雷达回波面积可在该范围内随机变化，根据雷达回波面积RCS，通过雷达方程计算出的雷达探测概率Pd，若Pd大于预设概率门限值，则认为隐身目标可探测到。为实时反映战场变化，仿真中考虑雷达方程、目标类型、系统损耗和干扰，并考虑不同种类的雷达，模拟出雷达测量周期、工作频率、探测范围、雷达位置，若计算出的雷达对目标的检测概率Pdi大于预设的门限值，则仿真系统送出此雷达的相关数据报文；若小于门限值，该仿真系统不送出该扫描周期内此雷达的相关数据报文，等到下一个雷达扫描周期再重新计算和比较。

2.3 仿真系统流程图

对雷达检测隐身目标进行仿真，根据上述方法，流程图如下：

3 仿真计算方法

3.1 目标的信噪比

雷达检测目标回波的能力不仅取决于信号功率S，也取决于雷达接收机中出现的噪声。在一定的虚警概率及损耗下，雷达对目标的检测能力决定于信噪比SNR。

对单个雷达脉冲：

式中：Pt：雷达发射机峰值功率，τ：雷达脉冲宽度，Gt：雷达发射机天线增益，Gr：雷达接收机天线增益，λ：雷达波长，σ：目标对雷达波束的有效反射截面积，F：雷达波瓣波形因子，R：目标到雷达的距离，K：玻尔茨曼常数，Ts：雷达等效输入的噪声温度，Lt：雷达发射馈线损耗系数。Lα：大气损耗系数。

对t0秒内完全观测：

式中：Pav：雷达发射机平均功率，t0：雷达波束扫过目标时间。式（2）说明, 雷达系统的信噪比与所探测目标的雷达反射截面积σ成正比。[3][4]

3.2 恒虚警技术介绍

CFAR (恒虚警) 处理技术是雷达信号处理的重要组成部分, 雷达信号的检测总是在一些杂波干扰背景下进行的, CFAR处理的目的是保持信号检测时的虚警率恒定, 同时保证一定的检测概率。

实际的CFAR检测器种类很多，由于虚警的表达式非常复杂，本文以最常用的单元平均恒虚警处理率 (Cell Averaging Constant False Alarm Rate, CA-CFAR) 为例, 提供一种简单的计算单雷达对目标瞬时探测概率的方法，假定背景杂波服从高斯分布, 经平方律检波器, 针对飞机服从Swerling-1波动模型, 目标的瞬时检测概率Pd和虚警概率Pfa分别为：

式中, K为CA-CFAR恒虚警处理器的参照单元个数, t为探测门限因子, S为目标信噪比。[6]

4 计算方法和结果分析

在式（2）所示的t0时间完全观测的信噪比公式中，以某雷达为特例分析如下：

平均功率和扫描时间可知，雷达发射机和接收机天线增益及波长可知，雷达波瓣波形因子已知，玻尔茨曼常数达和等效输入的噪声温度和雷达发射馈线损耗可计算，大气损耗系数可估计。

经过计算，此种雷达的信噪比对数:

式 (5) 中，N是一个常数。所以针对同一种雷达，它的信噪比只与反射面积σ和雷达与目标距离R有关。

在雷达仿真系统中，容易计算出目标到雷达的距离R，假设此仿真系统的雷达参数已确切获知，只要按照表1的RCS范围，针对不同种类的隐身目标随机产生RCS值，就可产生可变的信噪比SNR。

按照表2的方法确定检测门限因子t和单元数K，再把SNR代入公式 (3) ，可得到瞬时检测概率Pd，例如：

假设随机产生的F117-A的散射面积σ=0.02 m2 (由表1, F117-A的散射面积为0.02～0.5 m 2) ，假设目标到雷达距离R=100 km，则有：

N为常数可计算，则S= (N-16.9-200) db，按照表2，若选取的单元平均恒虚警处理器CA-CFAR的参照单元数为K=1 6，且门限因子t=0.27，把S, K, t代人公式 (3) ，可以计算出瞬时检测概率值。[7]

在linux和C++环境下，模拟出雷达位置、雷达周期、雷达频率和雷达数据报文，然后在相对于雷达的不同距离上产生两种隐身目标：取F-117A的目标回波面积0.02～0.5m2, B-2的回波面积0.001 m2，获得以下实验数据：

该表所列实验数据验证了本文所述雷达探测隐身目标模拟方法的合理性。然而，由于对雷达和隐身目标仿真的局限性 (未对精测雷达、超宽带冲击雷达、天波雷达等雷达进行有效的仿真) , 该仿真系统的雷达探测到RCS很小的隐身目标的概率较低。

5 结束语

本文首先介绍了隐身飞机目标的特性，然后针对于隐身目标的特性，提出了在系统中以可变的RCS的仿真方法，阐述了该方法的流程以及如何实现。最后，对雷达探测两种典型的隐身目标进行了仿真，统计出实验结果数据以供参考。本文所给出的雷达检测隐身目标的仿真系统原理、方法和流程对于雷达组网探测有应用借鉴意义。

摘要：随着目标隐身技术的高度发展, 雷达反 (抗) 隐身技术成为突出的关键问题。隐身飞机的特点是雷达有效反射面积小, 且有一定的变化规律。为研究雷达反隐身方法, 本文由单基地雷达方程出发, 通过计算目标信噪比的方法仿真出隐身目标探测概率, 验证了该方法的可行性。

关键词：雷达反隐身,雷达有效反射面积,雷达方程,隐身飞机

参考文献

[1]罗应.隐身目标与雷达反隐身技术.舰船电子对抗.2007.10

[2]成楚之.隐身目标的综合特性.现代防御技术.1995.5

[3]马林.雷达恒虚警性能分析.现代雷达.1996.8

雷达装备反隐身、抗摧毁技术研究 篇4

1 反隐身技术研究

雷达能够有效发现目标的关键因素之一就是利用目标的反射特性, 目前各国军方针对雷达装备都在大力提高目标隐身技术, 降低目标被发现概率。对于雷达装备而言, 只有大力发展反隐身技术, 才能提高目标发现概率和准确率。

1.1对抗RCS减缩技术

1.1.1空域反隐身技术

目前, 各国对于隐身技术有了长足的进步, 但是也存在致命的局限性, 即隐身技术只能在重点几个方位上缩减其RCS值, 并不是实现全方位的隐身, 雷达在其他方位上开展探测, 目标RCS没有缩减, 或者缩减很少。如果雷达装备在这些方位进行电磁辐射, 将得到目标较大的RCS值, 目标的隐身效果随机丧失, 空域反隐身技术主要是针对这一弱点发展起来的。在此, 针对这项技术, 分别介绍多基雷达、机载雷达和雷达组网三项技术。

多基雷达:雷达装备的发射机与接收机是分离布设的, 也就是说发射机具有较大的发射功率, 布站在远离战场的阵地上;接收机具有较高的灵敏度, 布设在前沿多个阵地。由于接收机本身不辐射电磁波, 也可以说时刻处于“静默”状态, 不宜被干扰和攻击, 隐蔽性能好。

机载雷达:雷达装备安装在空中平台上, 可以从隐身目标的上方、侧方或尾部等隐身能力较弱的方向照射, 实现对目标的正常探测。

雷达组网:多部不同频率、不同性能的雷达布设于不同阵地组网探测, 从不同方位对目标实施探测, 增强对目标的探测和跟踪能力, 组网雷达的优点是能够取得隐身目标较为完整的航迹信息。

1.1.2频域反隐身技术

雷达装备一般工作频率为1GHz~20GHz, 相对而言, 各国发展隐身技术主要也是针对这个频率范围, 因此, 利用1GHz~20GHz频率范围以外设计雷达装备, 可以有效探测大部分隐身目标。在此, 针对这项技术, 分别介绍超视距雷达、毫米波雷达和米波雷达。

超视距雷达:工作频率在2MHz~60MHz范围内, 雷达发射电磁波后, 电磁波被电离层反射, 可以从目标上方进行探测, 探测距离可以超过一般的视距范围, 实现早期预警。

毫米波雷达:工作波长范围一般为1mm~10mm之间, 毫米波雷达对于隐身目标表面任何不平滑部位和连接缝隙都会产生电磁散射, 使其RCS增大, 提高雷达对隐身目标的探测能力。

米波雷达:工作波长范围为0.3m~10m之间, 由于米波RCS要比微波RCS大几十上百倍, 所以采用外形隐身技术的目标对米波雷达的隐身效果很差, 不能达到隐身效果。

1.2 信息积累技术

为提高雷达装备在复杂环境下探测目标的灵敏度, 可以在空域和时域上应用回波信号的积累处理技术, 这也是未来雷达装备发展的趋势。

1.2.1 相控阵雷达

其特点是效率高、电扫描速度快, 能够铜通过多波束实现同时执行多目标探测的能力, 另外其还具有可靠性高、抗干扰能力强、对隐身目标探测能力强等优点, 是未来的主战装备。

1.2.2 微波成像雷达

也称为成像雷达, 多工作在微波波段, 利用合成孔径成像、真实孔径成像和逆合成孔径成像等原理技术, 能显示探测目标的电磁散射特性, 并产生高分辨力目标图像。

2 抗摧毁技术研究

反辐射武器在装备技术和战术运用方面, 不断的完善和发展, 对雷达装备的威胁不断加大, 各国都在大力提高雷达战场生存能力即抗摧毁能力。

2.1 发展反辐射导弹告警系统

2.1.1 超高频脉冲多普勒雷达技术

主要应用脉冲多普勒雷达的特点, 利用反辐射导弹的多普勒效应, 通过对目标进行多普勒特性的检测来发现、截获、识别目标并发出告警信号, 同时也存在测距模糊和识别复杂等问题亟待解决。

2.1.2 红外告警技术

一般来说, 反辐射导弹也可以称为红外辐射源, 我方可以采用红外技术探测目标并发出告警。红外告警技术抗干扰能力较强, 能够探测无人机, 但存在作用距离较近的缺点。

2.2 对导引头的诱骗技术

反辐射导弹和反辐射无人机都是利用被动导引头来跟踪辐射源, 从而开展攻击的。被动导引头主要采用单脉冲技术, 受技术限制天线一般较小, 波束较窄。针对被动导引头这一弱点, 雷达装备在受到反辐射攻击时只要启用诱饵工作并及时关机, 可实现对反辐射武器的诱骗, 达到保存自己免遭摧毁的目的。

2.2.1 闪烁诱饵技术

闪烁诱饵技术主要是指在雷达装备附近配备一个雷达诱饵源, 在频域上与雷达相似, 在能域上达到一定的辐射能量, 在时域和空域上利用计算机系统综合控制, 使其辐射信号与雷达发射信号同时反辐射导引头侦察, 无法辨别真实目标, 达到诱骗目的。

2.2.2 非相干多点源诱骗技术

在雷达装备周围150~300m范围内配置3个或4个干扰源, 由雷达控制中心统一控制干扰源开关机时间, 使反辐射武器无法正常探测目标, 达到诱骗反辐射武器的目的。

2.3 拦截技术

2.3.1 低空、超低空防空导弹武器系统

目前, 低空、超低空防空导弹武器系统是一种功能完备、具备独立作战能力的单元, 系统一般装备远程预警雷达、低空搜索雷达、近程火控雷达, 可探测低空导弹、无人机等威胁目标, 同时还配备有光电跟踪系统, 对反辐射武器具有较高的拦截效果。

2.3.2 激光武器

激光武器可以凭借大能量的激光辐射直接摧毁反辐射武器, 具备结构简单、转移火力快、反应时间快、精度高、攻击速度快、抗干扰能力强、效费比高等特点, 是对抗反辐射武器的有效手段之一。

3 结论

隐身技术和反辐射导弹对雷达装备的效能发挥和战场生存带来了极大的威胁, 随着技术的发展, 隐身技术和反辐射导弹会越来越先进, 给雷达装备带来的威胁也越来越大, 提高雷达装备反隐身和抗摧毁能力是雷达装备发展的重中之重。同时需要多元发展, 以雷达为基点, 提升整个防空系统的技术, 建立系统对抗的作战理念, 才能真正提高雷达装备战场生存能力, 才能最大限度的发挥装备效能。

摘要：雷达装备作为“千里眼”在现代战争中发挥的作用越来越明显, 也成为对手攻击的主要目标之一, 其战场生存能力成为装备发挥作战效能的重要前提。本文从雷达装备的主要作战对手反辐射导弹和无人机等入手, 深入分析雷达装备反隐身和抗摧毁技术, 为提高雷达装备战场生存能力提供科学依据。

关键词：雷达,反隐身,抗摧毁,反辐射导弹

参考文献

[1]王小谟.雷达与探测[M].2版.北京:国防工业出版社, 2010.

[2]朱华邦.雷达抗反辐射导弹技术的发展与实现[J].飞弹导航, 2005 (10) :29-31.

雷达隐身技术的研究现状及其展望 篇5

雷达工作波段很宽,从100MHz到300GHz,应用较广泛的是2~18GHz,其中8~12GHz最为重要,是近程跟踪、导弹制导、空中截击和地形绘图的雷达工作波段。隐身技术是一项跨学科系统工程,技术上涉及到:(1)外形设计,尽可能减少各种辐射热及散射截面;(2)吸波结构材料及结构设计,使入射波在最短距离完成衰减和吸收;(3)吸波涂料及涂层设计和涂装技术;(4)伪装网、红外烟幕、铝箔弹等外延性技术,武器特征信号控制,主要包括雷达波、声纳波、红外线、可见光和电磁波。

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-红外隐身,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

雷达波吸波材料吸收或衰减入射波的雷达波,并将电磁能转变成热能而耗散掉。良好的吸波材料,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。

要满足条件一,电磁波与介质相互作用的重要参数是ε和磁导率μ。ε=ε′-iε″μ=μ′-iμ″,ε″及μ″分别为介电损耗和磁损耗。对于介质而言,承担着对电磁波的吸收功能,能引起能量的耗散。

要满足条件二,在阻抗为z0的自由空间中,雷达波投射到阻抗为Z0的介电表面产生部分反射,反射系数R

undefined

若不发生反射,仅当ε″和μ″很大,且

undefined

才能使吸波材料对雷达波进行有效的吸收与反射。

因此,理想的吸波材料应满足式(2),且在薄层时能达到最大吸收,然而在微波频段,一般材料μv、εv很难达到式中所要求的值,要采用经过特殊处理的材料与设计才能达到,这也正是吸波材料的研究内容。

2 吸波材料分类

2.1 电阻型吸波材料

碳化硅纤维、导电高聚物、石墨等属于电阻型吸波材料,具有较高的电阻正切角,电磁能主要在材料电阻上衰减,以热能形式散发掉。

特种纤维增强的热性塑树脂复合材料具有极好的吸波性能,能使频率为0.1MHz~50GHz的脉冲大幅度衰减。碳化硅纤维是制作多波段高温吸波材料的主要成分,具有密度小、耐高温性能好、吸收频带宽等特点。碳化硅纤维韧性好、强度大、电阻率高,是国外发展最快的吸波材料之一。

导电高聚物分为电子型、离子型和氧化还原型3类。能够用于雷达波材料的主要是电子型高聚物,该类材料具有如下特点:性能多样化、可控性、质量轻、具有很好的加工性、成膜性、成纤性、结构多样性、可与超微粒子复合形成金属络合物、掺杂/脱掺杂过程完全可塑等。国外研制了导电聚合物聚苯胺材料与氰酸盐晶须复合制成的雷达吸波材料以及视黄基席夫碱盐类为基体的新型涂料等导电高聚物隐身材料。

2.2 电介质型吸波材料

钛酸钡类电介质型吸波材料依靠介质电子极化、离子极化、分子极化等弛豫、衰减电磁波。它是一种特殊介质,其极化强度与电场之间存在电带效应被称为铁电体,它的吸收机制主要是漏电损耗和弛豫损耗,还有很强的压电效应,可用来削弱介质内电场。

2.3 磁介质型吸波材料

铁氧体、多晶铁纤维、超金属微粉、羰基铁等属于磁介质型吸波材料,具有较高的磁损耗正切角,依靠磁带损耗、自然共振、涡流损耗及磁壁共振和后效损耗等磁极化机制衰减,吸收电磁波。

铁氧体吸波材料具有电吸收和磁吸收两种功能,是性能极佳的吸波材料,自然共振是铁氧体吸收电磁波的主要机制。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型,均可作吸波材料,其中以六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。当面密度约5kg/m2、厚度约为2mm时,铁氧体吸波材料在8~18GHz频带内吸收率均可低于-10dB。 铁氧体吸波材料具有吸波强、频带较宽及成本低的特点,但也存在密度大、高温性能差等缺点。

金属微粉吸波材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好等特点,主要通过磁滞损耗等吸收损耗电磁波。磁性金属合金粉具有温度稳定性能好、磁导率介电常数大、电磁损耗大、μ″和μ′随频率增加而减小有利于达到阻抗匹配和展开宽吸收频带等优点,使其成为吸波材料的主要发展方向[1]。法国巴黎大学研究了微米级Ni、Co粉末的吸波性能,发现在1~8GHz内有最大值,如1.4μm的Ni粉f=1.4GHz,μ′=8,μ″=5[2]。

金属微粉吸波材料的缺点在于抗氧化性、频谱特性差,低频段吸收性能较差,密度、介电常数较大。

3 雷达吸波复合材料与涂料

由于雷达侦察是目前世界上最有效的侦察手段之一,因此雷达隐身技术可分为结构设计和吸波材料两个方面,后者可分为涂料型吸波材料和结构型吸波材料两大类,而结构设计耗资巨大,不适于现代武器装备的隐身要求。

雷达对目标的发现和对目标的参数测量,是通过目标对雷达发射机所发射的雷达波的反射回波信号来实现的。因此,雷达隐身涂料就是对相应波段的雷达波具有低反射的涂料。有两种方式可以降低涂料对雷达波的反射:一是涂料吸收雷达波,通过在胶粘剂中加入电损耗或磁损耗填料,利用电损耗物质在电磁场作用产生传导电流或位移电流受到有限电导率的限制,使进入涂层中的雷达波转换为热能损耗掉或是借助磁损耗材料内部偶极子在电磁场下受限定磁电导率限制而把磁能转换为热能损耗掉;二是利用谐振原理当涂层厚度为雷达波的1/4时,通过谐振作用,减少雷达波反射,该法缺点是波段较窄。无论是吸收型还是谐振型都可以多层设计。涂层反射衰减是雷达隐身性能重要指标[3]。

吸波材料要实现良好的吸波性能必须具备两个条件:(1)使入射电磁波尽可能地进入吸波材料内部,而不在表面反射,即材料需有阻抗匹配性;(2)能将入射电磁波迅速地吸收衰减掉,即材料具有强烈吸收特性,从目前看来,满足宽带吸收单一组分吸波材料很少,因此可通过材料表面改性或涂层复合方法来扩展吸波频带获得匹配好、吸收好的吸波涂层。

3.1 吸波材料组成

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。

3.2 吸波涂层吸收剂

3.2.1 铁氧体吸收剂

铁氧体吸收剂的吸波性能来源于其既具有亚铁磁性又具有介电性能。它既能产生介电损耗又能产生磁损耗,吸波性能优良,吸波机理主要是畴壁共振和自然共振。铁氧体吸收剂价廉,吸收性能优良,但存在密度大的问题。

3.2.2 羰基铁类吸收剂

羰基铁类吸收剂的吸收机理是电磁损耗,具有吸波能力强、使用方便的特点,但存在密度大的问题,使用时应对其进行改性处理。

3.2.3 稀土类吸收剂

稀土类吸收剂的吸波机理是改变吸收剂的复相对磁导率和相对介电参数,使吸收剂电磁特性更有利于对雷达波的吸收,其仅作为一种辅助性吸收剂使用。

3.2.4 导电短纤维或金属丝类吸收剂

导电短纤维或金属丝类吸收剂的作用机理与稀土吸收剂相似,在实际应用中通过对涂层进行设计,采用多种吸收剂以满足宽频带的吸波要求。

3.2.5 金属超粉吸收剂

作为吸收剂的金属超细粉末的细化能使其组成粒子的原子数目减少,磁、电、光的物理性能发生质的变化,磁损耗较大。用这种吸收剂制成的吸波涂料,可以通过调节粉末的粒径、含量和混合比例等来调节吸波涂料的电磁参数,以使其达到较为理想的吸波效果。王群等[4]利用化学还原法制得的超细镍粉,制备了含量为85%超细镍粉涂料,其吸收性能在0~9dB之间。

国内目前主要使用微米级1~10μm纯Fe、Co、Ni及其合金粉末。法国巴黎大学研究了微米级Ni、Co粉末吸波特性,发现其在1~8GHz内有较大的吸收值。

3.2.6 视黄基席夫碱盐类吸收剂

视黄基席夫碱盐类吸收剂是以非铁氧体为基体的吸收剂,吸收频带宽,可使雷达散射波衰减80%,而质量只有铁氧体的10%。

3.2.7 陶瓷类吸收剂

陶瓷类吸收剂能耐高温、强度高、蠕变小、膨胀系数小、吸收机理类似于介电损耗。该类吸收剂应用较广的是SiC,其密度低、频带宽、应用前途广阔。

3.2.8 多晶磁性纤维吸收剂

多晶磁性纤维吸收剂的吸收机理为涡流损耗,具有良好的电磁特性。其质量可减轻40%~60%,材料强度增强,工作频带宽,能同时吸收表面行波,具有好的斜入射特性。

3.2.9 纳米材料吸收剂

纳米材料吸收剂的吸收性能来源于结构上量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和界面效应。目前称为“超白金”纳米材料吸收剂的吸收率达到99%。

3.2.10 多功能智能材料

智能隐身材料是伴随智能材料的发展和装备隐身的需求而发展起来的一种功能材料,它是一种对外界信息具有感知功能、信息处理功能、自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号做出最佳响应功能的材料/系统,将会成为一个重要的发展方向[5]。

3.2.11 等离子吸收剂

等离子吸收剂可使1GHz入射波衰减10%~20%厚度的钋层0.0025mm,利用放射性原子发射出离子,电离周围空气形成等离子体,从而可吸收电磁波的能量,达到吸波效果。若与结构隐身联合使用,效果更佳,但实施难度大[6]。

3.2.12 无机纳米与有机高分子材料复合吸收剂

力学性能好、面密度低是高效宽频带吸波材料,可以复盖电磁波、微波和红外。

3.3 吸波涂层胶粘剂胶粘剂

胶粘剂是吸波涂层重要组成部分之一,能使吸收剂均匀成膜,附着于隐身物体表面,从而达到隐身目的。

吸波涂层选用的树脂基料必需本身粘度小,这样对吸收剂纳入量大、附着力强、柔韧性好、耐冲击性好、耐温度变化、耐介质性好。吸波涂层胶粘剂有聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡胶、硅橡胶以及其它一些聚合物。表1为几种主要树脂基料的介电性能。

(1)铁氧体隐身吸波涂料

将聚氨酯胶粘剂70~80质量份,铁砂/ 铁氧体30~50质量份,溶剂及助剂适量。

在高速混合机中混匀,研磨,过滤即成隐身涂料。

在7~12GHz频段有两个吸收峰涂层,1.25mm时吸收量为5.2~8.5dB。

铁砂体通过物理混合制成铁砂复合吸波材料,其吸收特性明显提高,如铁砂中加入一定量尖晶石铁载体,使吸收量提高到12dB,带宽明显增加,匹配厚度变薄1.2mm;铁砂中加入一定量磁性稀土材料,吸收量大大提高,达到27.5dB。

(2)氯磺化聚乙烯橡胶吸波涂料

要使雷达吸波材料有较宽吸收频带,采用较薄单层吸收体是很难实现的。采用多层结构是拓宽频带常用方法。它可以在厚度方向改变特性阻抗,以获得最小表面反射。靠金属的第一层选用大磁损耗羰基铁粉吸收剂,第二层采用复合吸收剂。原材料及配方见表2。

在8~12GHz频率范围内,反射率均小于-11dB,反射率小于-20dB的频带大于1.2GHz,涂层厚度为5.4~5.6kg/m2。

上述涂料可用于潜艇雷达隐身吸波涂料。

(3)视黄基席夫碱盐吸波隐身涂料

它可以减少80%雷达反射率,为非铁氧体类型的隐身涂料,黑色与石墨相似,其吸波性能优良,质量仅为铁氧体涂料的1/10。原材料及配方见表3。

(4)PU类型吸波隐身涂料

PU本身是绝缘体,通过与导电性纳米粒子如石墨、炭黑等填充或共混,使其出现导电性能,可用作导电体材料。聚氨酯分子链中含有-NHCO-和-NCO,由于它们高度不饱和,使PU具有各方面性能。PU与纳米材料的协同效应,赋予了聚氨酯纳米材料导电、吸波、抗静电、阻燃、抗紫外、生物相容等诸多性能[7]。 PU还可用作特殊隐身涂料。在制备复合体时使用PU胶粘剂,效果突出,具有很强的附着力,耐高冲击强度,柔韧性好。PU适用温度为-60~180℃,改性后可耐400~450℃,可在常温下固化。PU胶粘剂[8]已作为铁路桥梁防腐涂层经受了7年的考验,在海洋轮中经受了一年多的防腐考验。

4 吸波材料的国内外研究现状

4.1 国内研究现状

朱洪立等[9]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,但是在低频波段的吸波效果很差。

王少敏等[10]研究了视黄基席夫碱盐的合成,并对吸波特性进行了探讨。该产物的反射率小于 -9dB、频带为8.4~8.7GHz,在9.0GHz下测得的电损耗抗角切正值为0.24,磁损耗抗角切正值为0.18。

袁艳等[11]采用多晶铁纤维为吸波材料,厚度为1mm多晶体铁纤维涂层吸收率小于 -5dB的频带为2~5GHz,大于-10dB的频带为5~20GHz。

赵弘涛等[12]采用γ-射线辐照法制备了石墨/镍复合材料,当镍与石墨比例为5∶1、样品厚度为2mm时,在6.2GHz出现最大吸收峰-9.8dB,R大于-5dB的频宽达2.8GHz。

李淑环等[13]研究了羰基铁粉锶铁氧体复合材料的性能,当羰基铁粉/锶铁氧体积分数比为0.17/0.34时,在2~18GHz范围内,复合材料吸收峰小于-10dB的带宽最高达8GHz。

李淑环等[14]认为以铁氧体450份,(以硅胶为基数)吸波效果最好,最高吸收峰大于-30dB,反射率小于-10dB的带宽高达9GHz(9~18GHz),羰基铁粉不同用量吸波峰都在-15dB左右,小于-10dB的带宽小于4GHz。

李萍[15]研究的多晶铁纤维含量10%(体积比)、厚度为2mm的涂层在1~2GHz内吸收率大于7dB;纤维含量20%时吸收率高达50dB。另外,吸波层中,加入铜纤维、碳纤维等通过与入射电磁场的相互作用,引起能量吸收和辐射,可以“放大”吸收剂功能,降低涂层厚度,拓宽吸收频带。

沈曾民[16]研究了镀镍的碳纳米管,当涂层厚度为0.97mm时,在8~18GHz频率范围内,R小于-10dB的频宽为2.23GHz,R小于-5dB的频宽为4.6GHz。

付步芳等[17]指出聚氨酯泡沫塑料基吸波材料的吸收频带宽,吸波效果好,在300MHz~18GHz的宽频段内具有较好的吸波性能。洛阳船舶研究所生产的WXA型硬质聚氨酯泡沫塑料基吸波材料在高频吸收效果突出,吸波损耗为-52dB/3GHz、-55dB/6GHz、-54dB/10GHz。

童国秀等[18]研究了纳米铁纤维含量对符合吸波剂微波电磁与吸收特性的影响。结果表明,当复合吸收剂中纳米铁纤维含量(质量分数)为2.2%~4.4%时,吸波涂层有更低的面密度和更宽的有效带宽。当纳米铁纤维含量为4.4%时,1.0mm的单层吸收涂层的有效带宽小于-8dB/8.7GHz,面密度为3.1kg/m2。

王军等[19]将掺混型碳化硅纤维与环氧树脂复合制成的层板结构吸波材料具有良好的吸波特性。

吕艳红[20]报导了镍粉/羰基粉双层雷达波吸收涂层的制备方法,并研究了涂层吸波性能,涂层厚度为1mm时,吸波曲线在6~8GHz频段内反射率低于-5dB,吸收峰值达-17.96dB。采用复合涂层方法能增大吸波剂表面,改善阻抗匹配性,优化了涂层吸波性能。

赵海涛等[21]采用凝胶法制备了纳米镍铁氧体,用热法制备了铁氧体/聚苯乙烯复合材料,其ε′和 ε″分别为11.16和8.20,μ′和μ″分别为1.22和0.02,在11.47GHz最小反射率为-12.67dB、-10 dB带宽为2.63GHz。

耿健峰等[22]以硅溶胶为胶粘剂、氧化铝为主要涂料,纳米Si/C/N复合相粉体为吸收剂,当氧化铝和硅溶胶质量分数分别为64.7%和32.32%时,涂层具有很好的耐高温性能,随着涂层厚度增加反射率最大吸收率向低频移动,当厚度达1.7mm时,在8.2~12.4GHz频率范围内,反射率为-5dB。

我国西北大学侧重于纳米颗粒高温吸波剂及其陶瓷基体研究,并且材料以颗粒增强陶瓷基复合材料为主。焦桓等[23]对掺杂SiC高温吸收剂进行了较为系统的研究。

国防科技大学自主研制SiC纤维,通过基体掺杂制备了具有隐身/承载/防热一体化功能的SiCf/SiC陶瓷基吸波材料。目前国内仅有国防科技大学可提供通用级SiC纤维,但种类有限。高温结构吸波材料在原粉获取上存在较大困难,对于高温稳定性问题及高温吸波材料吸波机理的研究亟待解决。

卿玉常等[24]采用羰基铁为吸收剂,环氧改性有机硅树脂为基体,制备了羰基铁/树脂基涂层的涂层材料,其在低频具有良好的吸波性。当吸收剂含量为65%时,在2~8GHz范围内反射率小于-10dB,频宽达2.43GHz,材料最大反射峰可达-32.25dB。当吸收剂含量为75%时,吸收峰向低频移动,且最大反射率为-36.02dB。

马勇成等[25] 研究了一种三层吸附涂层,其对提高涂层吸附剂起着重要作用,所制备的吸波涂层在8~18GHz频段内反射率小于-10dB,带宽达6.0GHz,涂层厚度1.2mm,面密度2.8kg/m2 。采用电损耗介质和磁损耗介质相结合的三层吸波涂层的吸波性能比单层型吸波涂层有明显的提高。

刘海韬等[26]确定连续纤维增强陶瓷基复合材料是较理想的高温吸波材料体系,确定连续碳化硅纤维增强碳化硅基(SiCf/SiC)复合材料是目前较有前途的高温结构吸波材料。

邱华等[27]研究了纤维吸收剂型吸波涂层的厚度变化,对雷达反射衰减值有重要影响,吸波涂层在8mm波段(30~40GHz)、3mm波段(90~100GHz)具有不同匹配的厚度,分别为0.7~0.9mm、0.3~0.6mm,并做出了吸波厚度对雷达波段反射衰减曲线。该项目的研究对实现吸波涂层的“薄、轻、宽、强”有较为重要的意义。

朱玉斌等[28]以硅溶胶羰基粉为原料制备出SiO2包覆羰基铁复合粒子。SiO2包覆羰基铁的抗氧化性能明显提高,与未包覆羰基铁相比,包覆羰基铁的介电常数和磁导率有所下降。反射率的结果表明,当包覆后羰基铁的质量分数70%、涂层厚度为1.8mm时在8.2~12.4GHz频率范围内的反射率均小于-10dB。

黎炎图等[29]综述了结构吸波纤维及其复合材料的最新研究成果,探讨了碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维增强吸波材料以及几种其他类型的结构型吸波材料,展望了结构吸波纤维及其复合材料的发展趋势。

刘凌云等[30]设计了一个强谐超振材料吸波体,它由电谐振荡器和短导线组合而成。单层超材料吸波体在10.2GHz处达到吸收峰吸波率91.3%,多层组合吸波体在9.72%GHz处峰值吸波率接近100%。

4.2 国外研究现状

国外对吸波材料进行了多年的研究并在军事上应用,取得了效果,但由于涉及军事应用,公开报导非常少,仅能了解到一些武器装备及应用情况,以及简单材料体系信息。

日本开发出一种铁氧体、金属短纤维和苯乙烯高分子树脂[31]构成的新型吸波材料,可吸收频带宽,具有很好的力学性能。

Krisha等[32]研究了聚乙炔,聚对苯撑苯并噻吩等分子电聚合物,制得的聚合物吸波带很宽,单层吸收频带宽均为3GHz,反射率减为-15dB。

Makelat等[33] 研究了樟脑磺酸掺杂的聚苯胺屏蔽性能,法国利用其吸波性能制造出了隐形潜艇。

日本专利报导,采用铁氧体粉末56%、聚乙烯树脂粉末24%、短钢丝20%,混炼后在二甲苯中分散可制成片状吸波材料。

法国Alcore公司试制的第一架陶瓷纤维复合材料结构的无人驾驶遥控隐身飞机,大量使用了Tyrano-Sic纤维,但对基体情况没有详细报导。

美国洛克希德公司,研制出了陶瓷基体结构吸波材料,用在尾喷管的后沿,能承受1093℃的高温,具体细节未公开。

高温结构吸波材料在国外巡航导弹上已达到实用阶段,抗张强度为400~600MPa,在8~18GHz范围雷达吸波率可达10dB以上,具有隐身/防热/承载一体化功能。法国APTGD导弹尾翼由小块六角形陶瓷吸波材料组成,美国三军通用的TSSAM隐身导弹也采用了相应技术,法国马拉特防御公司开发的Matra bsorb系列500高温吸波材料可在1000℃条件下使用,用于亚音速导弹喷管进气道。

5 建议

(1)多波段、多功能/能兼容的隐身涂料的研制具有广阔应用前景,采用新型吸波材料,并改进传统的吸波材料,是隐身涂料技术发展的必然趋势。

(2)目前,国内外吸波材料研究方面还存在频带窄、效率低、密度大等缺点,应用范围受到限制,发展兼容吸波材料即能兼容米波、厘米波、毫米波及红外激光等多波段,拓宽吸收波段,是今后研究方向之一。结构型吸波材料能承载又能吸波,并且频带宽、高效率,是今后研究的重点。

(3)开发具有高效吸收性能的吸收剂,并对具有开发前景的新型体材料如纳米材料、多功能智能材料、手性材料加强研究和探索。