吸波漆对降低星体对天线影响的研究

姓名:16020140096刘珣玥


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有删节。


【嵌牛导读】:本文针对吸波漆的性能、工程应用及对星载天线在星体环境下辐射性能的改善情况进行了分析验证。


【嵌牛鼻子】:分析了影响吸波漆性能的主要参数,并在此基础上确定了吸波漆的设计,据此对星载天线进行了设计优化,并进行了性能实测。通过在天线后部增加喷涂有吸波材料的反射杯,可以有效的减小星体反射对天线辐射的干扰。对星载天线的性能优化具有很好的指导意义。


【嵌牛提问】:什么影响


【嵌牛正文】:

用于数据传输的星载天线由于受到星体对天线后瓣的反射影响,天线方向图主辐射区会出现增益起伏现象,而反射波的相位是随频率变化的,因此造成反射波相位变化与增益起伏并不同步。可能引起对地数据传输时个别弧段内调制频谱从低频到高频出现波浪状起伏的现象。


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图1 改进前天线在星体状态下方向图


为降低星体对星载数据传输天线的反射影响,可采用楔形反射表面改善星体反射条件,使后瓣反射的能量不进入主辐射区,从而减小对主辐射区方向图的干扰。但在研究中发现:反射能量在中心区域比较集中,加之后瓣能量的不规则的特性,使天线加用楔形反射表面后的中心幅频特性不稳定。

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图2增加反射杯(无吸波漆)后幅频特性测试曲线


经研究可以采用在楔形反射表面喷涂吸波漆的方式将后瓣能量吸收[3]。


2 吸波漆设计


电磁波在吸波材料表面反射阻抗


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可以得到电磁波在吸收体上的反射系数


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材料对电磁波的吸收主要取决于材料的电磁参数、涂层的厚度以及电磁波的入射角度等。在电磁波垂直入射的情况下,随着厚度的增加,电磁波反射率在不同的厚度处出现峰值,并且当频率增加时,吸收峰值向低频移动,这种现象是由于电磁波与涂层发生干涉共振引起的。当电磁波在材料中传播时:


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当涂层厚度等于电磁波波长n/4的奇数倍时,电磁波将与涂层发生干涉共振,上表面反射的电磁波和下表面反射的电磁波相互叠加,发生干涉,削弱了电磁波的反射能量。随着厚度的增加,吸收峰依次出现。


当电磁波频率增加时,电磁波的波长将变短,因此,频率高时,吸收峰向低频移动。

3 吸波漆对天线性能改善工程应用


3.1 吸波漆性能


经过研试,采用硅橡胶作为基体材料的吸波漆,具有良好的空间环境适应性。吸波漆技术指标如下:

a)  吸波衰减: X频段大于10dB;

b)  厚度小于1mm;

c)  面密度≤4kg/m2

d)  真空挥发性能:真空总的质量损失小于1% ,可凝挥发物小于0.1%;

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图3空间试验前后吸波漆反射率差值曲线


3.2吸波漆对天线性能改善的验证


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图4改进前和改进后的天线外形示意图


将吸波材料喷涂在在反射杯中,并进行了天线幅频性能测试。由测试结果可见:吸波材料的使用在反射杯应用的基础上很好地改善了数传天线的幅频特性,方向图的起伏明显降低,且中心区域辐射特性稳定。吸波材料吸收衰减后瓣能量10dB左右,能使反射杯对主向辐射的影响明显降低,进一步改善天线单元的幅频特性。


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图5改进后天线在星体状态下方向图


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5 结论


本文针对吸波漆的性能、工程应用设计及对星载天线在星体环境下辐射性能的改善情况进行了分析介绍。首先分析了影响吸波漆吸波性能的有关特性参数,并在此基础上确定了吸波漆的设计,据此对星载天线进行了设计优化,并进行了性能实测。通过分析和验证我们可以得出如下的结论:通过在天线后部增加喷涂有吸波材料的反射杯,可以通过吸收天线后瓣能量的方式,有效的减小星体反射对天线辐射的干扰。


参考文献

1 刘顺华,刘军民,董星龙等.电磁波屏蔽及吸波材料.北京化学业出版社.2007.261.264

2 NATIO Y,SUETAKE K.Application of ferrite to electromagnetic wave absorber and its characteristics.1EEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.1971,19(1):65-72.

3 VLADIMIR B.BREGAR.Advantages of ferromagneticnanoparticlecomposites in microwave absorbers.IEEE Trans Magn,2004,40(3):1678—1684.

4 张雪峰,黄昊,俞快等。吸波材料优化匹配的理论分析.材料可学与工艺,2008,16(5):596-599

5 G. Stette, Standard in the field of satellite mobile and personal communications, Space communications on International Journal, 1995

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