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RAM填料通常是由“損耗材料”(即介電常數(shù)損耗分量較高)制成的顆粒,或者是覆有“損耗材料”涂層的顆粒。碳是一種良好的“損耗材料”,因為電損耗與電導(dǎo)率成正比,而碳的電導(dǎo)率處于金屬和絕緣體之間。磁吸收層需要應(yīng)用介電常數(shù)一般但磁導(dǎo)率(表征磁能儲存能力)很大的材料,一般是羰基鐵(純粉末狀的金屬)或是氧化鐵(也稱為鐵氧體)。這些材料可以混入橡膠或是分散到涂層材料中,而鐵氧體通常燒結(jié)到某種貼片材料中。
材料的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和損耗分量越大,材料能夠吸收的電磁能就越多。但是,當電磁波傳播到兩種介質(zhì)的邊界處時,能量會被反射而不是進入另外一種介質(zhì)。反射能量的多少取決于兩種介質(zhì)的阻抗,即每種材料磁導(dǎo)率和介電常數(shù)比值的平方根。在穿越邊界時阻抗改變越大,反射的能量越多,被吸收的能量越少。因此,RAM設(shè)計必須綜合考慮吸收率與表面反射率,以更大限度地吸收電磁波。
材料的電磁特性也會隨頻率而變。在頻率較高的雷達頻段,任何磁性材料的阻抗都不可能接近空氣(因為電磁波達到飛機表面時,飛機表面就是邊界,兩邊的介質(zhì)分別是蒙皮材料和空氣),因此不可避免地會產(chǎn)生較強的表面反射。但是,如果表面吸波材料厚度為1/4波長,金屬底層反射的電磁波就會與表面反射產(chǎn)生相干抵消效應(yīng)。由于磁性RAM的磁導(dǎo)率較高,所需材料厚度較小。采用諧振頻率為1~18GHz、厚度為0.1~0.5cm的商用“諧振吸收體”即可達到20dB(99%)的吸收性能。該項技術(shù)固有的作用范圍不大,屬于窄帶,在諧振頻率點以外15%的范圍內(nèi)都有顯著的吸波效果。
考慮到帶寬有限、重量大和成本高,介電吸收體是高頻段的優(yōu)選寬帶吸收材料。由于電介質(zhì)沒有磁性特征,其阻抗與空氣相差太大,但通過應(yīng)用分層材料――每層材料中碳粒越來越集中,就可以實現(xiàn)在介電常數(shù)、電導(dǎo)性和介電損耗都逐步增大的同時阻抗逐漸減弱。通過調(diào)整分層材料的設(shè)計,還可以使對消更大。這種阻抗?jié)u變的介電吸收體能使反射減少20dB,且其帶寬很容易覆蓋高頻區(qū)。不過,分層材料的厚度需要達到一定值才能在低頻段實現(xiàn)吸收――X波段(8~12GHz)需要2.5cm,500MHz需要11.4cm。
另一種方法是應(yīng)用物理梯度。這些“幾何過渡”的吸收體采用的是垂直于波的均勻材料尖體,其中最常見的一種是吸波暗室(用于RCS測試)里的錐形吸收體。在高頻段下,波在這些結(jié)構(gòu)中來回反射,但每次反射都會有能量損失。如果波長相對于結(jié)構(gòu)足夠大,波表現(xiàn)出來的效果好像是穿過一種性能漸變的材料。這類吸收體能將反射減少60dB,但要想在30MHz起作用,結(jié)構(gòu)厚度需要4.57m。
與常識相反的是,在低頻段時,部分磁性材料更有效,因為它們的能量儲存能力即磁導(dǎo)率增大了。在30M~1000MHz范圍內(nèi),某些鐵氧體表現(xiàn)出極高的電磁波壓縮效應(yīng),阻抗接近空氣。厚度為0.64cm、面積密度為34.18kg/m2的商用鐵氧體磁瓦,能將甚高頻(VHF)波段的反射減少20dB以上,將超高頻(UHF)波段的發(fā)射減弱10dB。
到目前為止,我們討論的都是如何減少鏡面反射,實際上,RAM在減少表面波輻射方面也是非常有效的。這些電磁波是雷達照射目標時因?qū)щ姳砻娈a(chǎn)生的電流而發(fā)射出來的。當這些表面波沿表面移動時,會發(fā)射出行波,通常其發(fā)射角與入射余角相近;當表面波遭遇不連續(xù)性表面,比如達到機體邊緣時,或者遇到表面縫隙、結(jié)構(gòu)臺階或是材料變化時,會激勵出邊緣波。邊緣波的能量更集中,接近鏡面反射。表面電流并非沿著材料的厚度方向而是沿著長度方向穿過,RAM的作用相當于波導(dǎo),捕獲電流并加以吸收。厚度僅為0.076cm的磁性RAM就能很好地抑制表面電流。
當然,上述多種技術(shù)可以進行組合應(yīng)用。0.76cm厚的分層磁性材料能在2~20GHz范圍內(nèi)減縮10dB。由物理梯度介電層作為正面材料,由磁性材料作為背面,可以組成混合RAM,以減弱從VHF波段到Ku波段的雷達反射。
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