一种基于色散材料和树脂的x波段高效吸波复合材料
技术领域
1.本发明涉及电磁吸波材料技术领域，特别是涉及基于色散材料为纤维的增强复合材料及其设计。
现有技术
2.业内常用的微波吸收材料是碳系材料颗粒、不连续纤维增强的复合材料。由碳系颗粒或者不连续纤维增强的复合材料由于其与基底材料均匀混合相对难以控制，难以在宽频段实现微波吸收。同时，由颗粒或者不连续纤维增强的复合材料因为增强材料排列的随机性和不连续性，使得其无法预先进行材料性能设计以实现最佳的微波吸收特性。其次，由颗粒或者不连续纤维增强的复合材料，由于其增强材料不能够对材料的机械强度进行不同方向上的增强，使得其材料的结构强度仍有欠缺，实用性有所降低。另外，由颗粒或者不连续纤维增强的复合材料的生产工艺复杂，均匀度不佳，从而导致其质量控制困难。
3.综上所述，现有技术存在的问题是：
4.(1)微波吸收材料制造的精度要求高，但目前对吸波材料的质量控制较为困难，生产工艺较为复杂。
5.(2)现有复合材料因为其不连续性使得无法预先设计以实现良好的微波吸收性能。
6.(3)现有复合材料在制作成成品后结构强度还有所欠缺，使得其实用性有所降低。
7.发明的目的
8.近年来，电磁污染、电磁干扰和信息泄漏已经成为了设计现代科学电子仪器、天线系统和军用电子设备时需要考虑的主要因素。因此，高效电磁屏蔽材料和有效吸波材料的研究受到了广泛的关注。其中，陶瓷材料凭借其良好的电磁波吸收性能而被广泛用作电磁吸波材料，如sic、al2o3和mgo等。
9.本专利的目的是提出一种轻质、力学性能良好、易于生产制造的高效吸波器，一定程度上解决上述现有技术所遇到的一系列问题。吸波材料由多层纤维增强层压板堆叠而成，所述纤维增强层压板由以特定形式排布的连续纤维嵌入基底材料中组成。纤维一方面用于增强吸波器的结构强度，另一方面用于和基底一起达到特定吸波效果。利用这种结构模式，可以很容易地达到机械和化学要求，然后在不改变结构模式的情况下，通过确定一组设计参数，可以实现良好的微波吸收效果。
10.发明的结构：
11.该吸波器由n层结构组成，底层为第一层，顶层为第n层。
12.所述的每层结构由两种纤维增强层压板组合得到。第一种纤维增强层压板为十字形纤维层压板，基底部分的横截面为正方形，边长为w，所用材料为树脂，纤维部分的横截面为十字形，第i层的纤维的宽度为xi；另一种纤维增强层压板为x形纤维层压板，基底部分的横截面为正方形，边长为w，所用材料为树脂，纤维部分为十字形纤维层压板中的纤维部分绕中心旋转45
°
得到。
13.该吸波器由上述两种纤维层压板堆叠而成，对层数n、每一层的厚度hi、纤维的宽度xi进行适当的优化，总厚度满足工程需求，即可得到满足吸波要求的高效吸波器。
14.本发明所提出的一种基于以色散材料为纤维和以树脂为基底的高效吸波器通过良好的设计，可以在x波段(8ghz-12ghz)内实现-20db以上的电磁波衰减，通过电介质损耗将电磁能转换为热能从而达到吸波效果。
附图说明
15.图1是本发明实施例的整体结构设计图。
16.图2是本发明实施例中十字形纤维层压板的俯视图和主视图。
17.图3是本发明实施例中x形纤维层压板的俯视图和主视图。
18.图4是本发明实施例中所使用的色散纤维在纤维轴向垂直于电场方向时的介电常数实部数据图。
19.图5是本发明实施例中所使用的色散纤维在纤维轴向垂直于电场方向时的介电损耗角正切数据图。
20.图6是本发明实施例中所使用的色散纤维在纤维轴向平行于电场方向时的介电常数实部数据图。
21.图7是本发明实施例中所使用的色散纤维在纤维轴向平行于电场方向时的介电损耗角正切数据图。
22.图8是本发明实施例中基于以色散材料为纤维和以树脂为基底的高效吸波器在x 波段上其反射率示意图。
23.实施实例
24.以下为通过在实验室中进行实测得出真实的测试数据，例证一种基于以色散材料为纤维和以树脂为基底的高效吸波器在x波段(8ghz-12ghz)的微波吸收性能。
25.设计得到了一种高效吸波器，第一层厚度为0.63mm，纤维的宽度为3.10mm；第二层厚度为0.81mm，纤维的宽度为3.26mm；第三层厚度为0.4mm，纤维的宽度为 3.16mm；第四层厚度为0.4mm，纤维的宽度为3.16mm；第五层厚度为0.81mm，纤维的宽度为3.26mm；第六层厚度为0.63mm，纤维的宽度为3.10mm。
26.针对上述吸波器，测试电磁波为平面波垂直入射，电场极化方向为x极化，频率区间选定为x波段(8ghz-12ghz)。
27.上述高效吸波器的吸波效果图如图8所示，在完整的频率区间上，电磁波的反射率均低于-20db。即入射电磁波在复合材料表面的反射能量比例接近于0％，可忽略。电磁能量在复合材料表面通过吸收的方式达到了接近于100％的衰减。
28.结果表明：一种以色散材料为纤维和以树脂为基底的复合材料对于x波段 (8ghz-12ghz)的电磁波吸收效果十分优异。
29.在本发明中，以色散材料为纤维和以树脂为基底的吸波器在x波段上，微波吸收效果十分优异。与此同时，实施例中的实测实验结果充分证明了本发明专利中的设计方法的正确性。
技术特征：1.一种基于色散材料和树脂的x波段高效吸波器，其特征在于，由n层结构组成，底层为第一层，顶层为第n层；所述的每层结构由两种纤维增强层压板组合得到。第一种纤维增强层压板为十字形纤维层压板，基底部分的横截面为正方形，边长为w，所用材料为树脂，纤维部分的横截面为十字形，第i层的纤维的宽度为x
i
；另一种纤维增强层压板为x形纤维层压板，基底部分的横截面为正方形，边长为w，所用材料为树脂，纤维部分为十字形纤维层压板中的纤维部分绕中心旋转45
°
得到；所述吸波器的层数n、每一层的厚度h
i
、纤维的宽度x
i
，在满足吸波要求的条件下通过优化得到。
技术总结一种基于色散材料和树脂的X波段高效吸波器，属于电磁吸波材料技术领域。该吸波器由N层结构组成，所述的每层结构由两种纤维增强层压板组合得到。第一种纤维增强层压板为十字形纤维层压板，基底部分的横截面为正方形，边长为w，所用材料为树脂，纤维部分的横截面为十字形，第i层的纤维的宽度为x
技术研发人员：李长侑 阳昶佑 孙凯 张舒
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.06.27
技术公布日：2022/11/1
