一种超薄耐高温宽频吸波体、吸波板及零件

技术领域

本发明属于隐身技术领域，具体涉及一种超薄耐高温宽频吸波体、吸波板及零件。

背景技术

随着隐身技术的高速发展，复杂多变的应用场景不仅要求吸波体具有低频、超宽带等吸波特性，还要求其具有耐高温、耐腐蚀等特殊的物理性质。在航空航天领域中，诸如发动机尾喷管、巡航导弹的弹头和弹翼等部件都长期工作在高达700℃的温度下，它们处于工作状态时对电磁波的反射较强，极易被雷达探测及摧毁。为了满足这些应用场景中对于耐高温吸波的需求，设计中通常会采用以铁氧体为代表的磁性吸波材料。然而，由于铁氧体材料还具有面密度大、厚重的缺点，因此不能直接将其应用于航空航天领域，如飞机发动机等特殊部件上。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超薄耐高温宽频吸波体、吸波板及零件，本发明通过对铁氧体材料进行合理的结构设计，使该材料在航空航天领域能够得到应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种超薄耐高温宽频吸波体，包括铁氧体材料板和铜背板，铜背板设置于铁氧体材料板的一侧表面，铁氧体材料板沿其厚度方向开设有通孔。

优选的，铁氧体材料板上开设的通孔包括半径不同的圆形通孔。

优选的，所述铁氧体材料板的材质为N5铁氧体材料。

优选的，铁氧体材料板的形状为正方形，铁氧体材料板边长为p时，铁氧体材料板开设的不同的圆形通孔半径分别为r1、r2……ri，i为正整数；铁氧体材料板的边长、不同的圆形通孔半径r1、r2……ri同时满足如下关系：铁氧体材料板边长为p×k时，铁氧体材料板开设的不同的圆形通孔半径分别为r1×k、r2×k……ri×k，其中，k取值为0.2-1。

优选的，铁氧体材料板开设有第一圆孔和第二圆孔，铁氧体材料板边长为4.41-4.59mm时，第一圆孔的半径为2.99-3.01mm，第一圆孔的数量为九个，第二圆孔的半径为0.38-0.42mm，第二圆孔的数量为四个。

优选的，铁氧体材料板上的第一圆孔包括90°扇形通孔、180°扇形通孔和360°扇形通孔，其中，铁氧体材料板的四角位置均开设90°扇形通孔，铁氧体材料板的每条边上开设有两个180°扇形通孔，铁氧体材料板每条边上的90°扇形通孔与180°扇形通孔之间等间距分布，铁氧体材料板上开设四个360°扇形通孔；90°扇形通孔对应的圆心角为90°，180°扇形通孔对应的圆心角为180°，360°扇形通孔对应的圆心角为360°。

优选的，铁氧体材料板的厚度为0.98-1.02mm。

优选的，在8～18GHz的频段上，所述N5铁氧体材料的电磁参数满足如下关系：

介电常数实部ε′＝-0.016f

介电常数虚部ε″＝-0.0026f+2.1

磁导率实部μ′＝-0.0017f

磁导率虚部μ″＝0.0008f

其中，f为频率。

本发明还提供了一种超薄耐高温宽频吸波板，包括若干个本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波体，所述若干个超薄耐高温宽频吸波体通过拼接的方式连接。

本发明还提供了一种零件，包括基体以及设置于基体上的吸波构件，所述吸波构件采用本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波体或者采用本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波板。

本发明具有以下有益效果：

本发明超薄耐高温宽频吸波体通过在铁氧体材料板开设通孔，能够减降低铁氧体材料板的面密度，能够对铁氧体材料板的重量进行降低。采用铜背板，入射电磁波无法穿透，透射系数小到可以忽略不计，具有较好的吸波能力。

进一步的，铁氧体材料板上开设有半径不同的圆形通孔，不同半径的通孔对吸波频段的调控作用存在差别，因此，本发明将半径不同的圆形通孔进行结合，能够令吸波体在整个目标频段上都实现较好的吸波效果。

进一步的，本发明铁氧体材料板的边长、以及上面的开孔孔径的大小在等比例缩小0.2-1倍时，本发明的吸波体仍能达到80％以上的吸波率。

进一步的，本发明针对N5铁氧体材料的结构进行合理的设计，铁氧体材料板边长为4.41-4.59mm时，第一圆孔的半径为2.99-3.01mm，第一圆孔的数量为九个，第二圆孔的半径为0.38-0.42mm，第二圆孔的数量为四个，此时，本发明的吸波体与同样厚度、同样大小的连续铁氧体材料相比，本发明在8～18GHz频段上的平均吸波率提高了13.49％，整体重量下降了22.5％，具有尺寸小，重量轻，吸波效果良好的优点。

进一步的，铁氧体材料板上的第一圆孔包括90°扇形通孔、180°扇形通孔和360°扇形通孔，铁氧体材料板的四角位置均开设90°扇形通孔，铁氧体材料板的每条边上开设有两个180°扇形通孔，铁氧体材料板每条边上的90°扇形通孔与180°扇形通孔之间等间距分布，铁氧体材料板上开设四个360°扇形通孔，该结构便于将若干本发明吸波体材料进行拼装，拼装后相邻吸波体上的90°扇形通孔、180°扇形通孔能够拼成完整的圆孔。

进一步的，铁氧体材料板的厚度为0.98-1.02mm，因此本发明吸波体的厚度比较薄，面密度较小。

附图说明

图1是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体结构示意图；

图2是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体上的通孔尺寸及分布示意图；

图3是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的反射系数仿真结果图；

图4是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的吸波率仿真结果图；

图5是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体在TE波斜入射下的吸波率仿真结果图；

图6是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体在TM波斜入射下的吸波率仿真结果图；

图7是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体的单站RCS缩减仿真结果图；

图8是本发明实施例的超薄耐高温宽频吸波体与同厚度同尺寸连续铁氧体的吸波率仿真结果对比图。

图中，1-铁氧体材料板，1-1-第一圆孔，1-1-1-90°扇形通孔，1-1-2-180°扇形通孔，1-2-第二圆孔，2-铜背板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1和图2，本发明超薄耐高温宽频吸波体，包括铁氧体材料板1和铜背板2，铜背板2设置于铁氧体材料板1的一侧表面，铁氧体材料板1沿其厚度方向开设有通孔。

作为本发明优选的实施方案，铁氧体材料板1上开设有半径不同的圆形通孔。

作为本发明优选的实施方案，所述铁氧体材料板1的材质为N5铁氧体材料。

作为本发明优选的实施方案，铁氧体材料板1的形状为正方形，铁氧体材料板1边长为p时，铁氧体材料板1开设的不同的圆形通孔半径分别为r1、r2……ri，i为正整数；铁氧体材料板1的边长、不同的圆形通孔半径r1、r2……ri同时满足如下关系：铁氧体材料板1边长为p×k时，铁氧体材料板1开设的不同的圆形通孔半径分别为r1×k、r2×k……ri×k，其中，k取值为0.2-1。

作为本发明优选的实施方案，铁氧体材料板1开设有第一圆孔1-1和第二圆孔1-2，铁氧体材料板1边长为4.41-4.59mm时，第一圆孔1-1的半径为2.99-3.01mm，第一圆孔1-1的数量为九个，第二圆孔1-2的半径为0.38-0.42mm，第二圆孔1-2的数量为四个。

作为本发明优选的实施方案，铁氧体材料板1上的第一圆孔1-1包括90°扇形通孔1-1-1、180°扇形通孔1-1-2和360°扇形通孔，其中，铁氧体材料板1的四角位置均开设90°扇形通孔1-1-1，铁氧体材料板1的每条边上开设有两个180°扇形通孔1-1-2，铁氧体材料板1每条边上的90°扇形通孔1-1-1与180°扇形通孔1-1-2之间等间距分布，铁氧体材料板1上开设四个360°扇形通孔；90°扇形通孔1-1-1对应的圆心角为90°，180°扇形通孔1-1-2对应的圆心角为180°，360°扇形通孔对应的圆心角为360°。

作为本发明优选的实施方案，铁氧体材料板1的厚度为0.98-1.02mm。

作为本发明优选的实施方案，在8～18GHz的频段上，所述N5铁氧体材料的电磁参数满足如下关系：

介电常数实部ε′＝-0.016f

介电常数虚部ε″＝-0.0026f+2.1

磁导率实部μ′＝-0.0017f

磁导率虚部μ″＝0.0008f

其中，f为频率。

本发明还提供了一种超薄耐高温宽频吸波板，包括若干个本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波体，所述若干个超薄耐高温宽频吸波体通过拼接的方式连接。

本发明还提供了一种零件，包括基体以及设置于基体上的吸波构件，所述吸波构件采用本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波体或者采用本发明如上所述的超薄耐高温宽频吸波板。

实施例

本实施例的目的是提供一种工作在8～18GHz频段内，应用于航空航天领域高温部件上的超薄耐高温宽频吸波体。该超薄耐高温宽频吸波体在铁氧体材料的基础上，加载了两种不同半径的通孔结构，实现了对不同频段吸波效果的调控作用，其中大通孔调控较高频段，而小通孔调控较低频段。这种吸波体制作简单，结构紧凑，尺寸小，吸波效果良好，解决了铁氧体材料因过于厚重无法直接应用于航空航天领域的问题。

如图1和图2所示，本实施例的超薄耐高温宽频吸波体，吸波体采用铜作为背板，吸收损耗电磁波的部分为由N5铁氧体材料制成的铁氧体材料板1，铁氧体材料板1上开设第一圆孔1-1和第二圆孔1-2，第一圆孔1-1和第二圆孔1-2均为通孔，沿铁氧体材料板1厚度方向贯穿整个铁氧体材料板1，止于铜背板2，整个吸波体为2层结构，即一层为铁氧体材料板1，另一层为覆在铁氧体材料板1一侧表面上的铜背板2。

本发明所采用的N5铁氧体材料在8～18GHz的频段上，电磁参数满足如下关系：

介电常数实部ε′＝-0.0065f

介电常数虚部ε″＝-0.0008f

磁导率实部μ′＝-0.0017f

磁导率虚部μ″＝0.0008f

其中，f为频率

本实施例中铁氧体材料板1的形状采用正方形，铁氧体材料板1的厚度为h，边长为p；铁氧体材料板1的其中一面镀上一层边长同样为p，但厚度可忽略不计的铜作为背板。铁氧体材料板1上分布有两种不同尺寸的通孔，即第一圆孔1-1和第二圆孔1-2，其中，第一圆孔1-1的半径小于第二圆孔1-2的半径，第一圆孔1-1的半径用r来表示，

具体的，本实施例超薄耐高温吸波体参数如下：

表1

本实施例中国将不同尺寸的第一圆孔1-1和第二圆孔1-2进行结合，令吸波体在整个目标频段上都实现了较好的吸波效果。

本实施例所设计的吸波体的工作频段为8～18GHz。

图3为该吸波体在TE波和TM波垂直入射下的反射系数仿真结果，结果表明，吸波体在8～18GHz的频率范围内的反射系数都在-6.5dB以下，且呈现出了极化不敏感的特性。

图4为该吸波体在TE波和TM波垂直入射下的吸波率仿真结果，吸波率由公式A(ω)＝1-|S

图5为该吸波体在TE波斜入射下的吸波率仿真结果，可以看到，当TE波斜入射时，吸波体的吸波率随入射角度的增大而减小。当入射角为30°时，曲线最低点处的吸波率为74％。

图6为该吸波体在TM波斜入射下的吸波率仿真结果，可以看到，当TM波斜入射时，吸波体的吸波率随入射角的增大而增大。除此之外，该吸波体在30°的范围内具有一定的角度稳定性，此时吸波率并不会随入射角度的改变而发生很大的变化。

图7为该吸波体的单站RCS缩减的仿真结果，结果表明，在8～18GHz的频率范围内，该吸波体相比于面积相等的铜板，可以实现7dB以上的单站RCS的减缩，且在11GHz附近有最大减缩，减缩幅度约为8dB。

图8为该吸波体与同厚度同尺寸连续铁氧体的吸波率仿真结果对比，可以看到，在9～18GHz的频率范围内，该吸波体的吸波率都要高于纯铁氧体，并且随着频率的增大，吸波体的性能优势越发显著。经计算，与铁氧体相比，该吸波体在8～18GHz频段上的平均吸波率提高了约13.49％，整体重量下降了约22.5％。

本实施例中，采用了两种不同半径的通孔结构，通孔结构可以达到减轻重量的目标，但与此同时也会引起吸波体表面阻抗的变化，因此需要对通孔的半径及数量进行调控。由于阻抗匹配的效果会随着通孔半径的减小和通孔数量的增加而得到改善，所以在铁氧体材料上开了多个小通孔。又因为不同半径的通孔对吸波频段的调控作用存在一定差别，所以将不同半径的通孔进行结合，使得该吸波体在8～18GHz频段上的吸波率能满足要求。

综上，本实施例的超薄耐高温宽频吸波体工作于X波段和Ku波段，通过在铁氧体材料的基板上加载多尺寸通孔结构，解决了其本身面密度大、厚重的问题。与同样厚度、同样大小的连续铁氧体材料相比，本发明在8～18GHz频段上的平均吸波率提高了约13.49％，整体重量下降了约22.5％，具有尺寸小，重量轻，吸波效果良好等优点。因此本发明达到了在减小吸波体厚度及重量的同时，改善吸波效果的目的。