吸波材料,一般指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料。在工程應(yīng)用上,除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對電磁波具有高的吸收率外,還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能,隨著技術(shù)的發(fā)展,電磁波輻射對環(huán)境的影響日益增大,吸波材料的應(yīng)用越來越廣泛。
美國最新一代的隱形戰(zhàn)機(jī)F-22,俄羅斯T-50通過涂抹雷達(dá)吸收材料以及先進(jìn)的外形設(shè)計(jì),可逃過探測雷達(dá)的掃描。除了在隱形戰(zhàn)機(jī)上使用,吸波材料還廣泛應(yīng)用于車載毫米波雷達(dá)。
雷達(dá)探測障礙物距離,是通過發(fā)射和接收的電磁波反饋來計(jì)算得出的,而電磁波在空氣中傳播遇到媒質(zhì)時(shí),由于媒質(zhì)的阻抗與自由空間的阻抗不匹配,電磁波在空氣與媒質(zhì)界面發(fā)生反射。
通俗來講,就是雷達(dá)在空氣中傳輸以及接收過程中,信號會有損耗。而信號的損耗程度也就直接關(guān)系到雷達(dá)的測量距離以及精度。
為了能夠接收到更佳的雷達(dá)反射波,雷達(dá)廠商通常采用的做法是加大天線尺寸,這樣就能夠接收到更多的訊號。
但汽車?yán)走_(dá)領(lǐng)域,由于本身行業(yè)的特殊性,體積不能無限制擴(kuò)大,因此雷達(dá)必須在有限的范圍內(nèi)完成信號的發(fā)射與接收,這也給雷達(dá)的性能提升帶來了不小的挑戰(zhàn)。
無處不在的電磁波
車載毫米波雷達(dá)工作的頻段是在高頻,一般在24Ghz、77Ghz附近,也稱微波,本質(zhì)上是一種電磁波,電磁輻射由低頻率到高頻率,主要分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線等,電磁輻射量與溫度有關(guān),通常高于絕對零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射,溫度越高輻射量越大,但大多不能被肉眼觀察到。
車載雷達(dá)通過天線發(fā)射和接收電磁波,所發(fā)射的電磁波并非各向均勻的球面波,而是以具有指向性的波束的形式發(fā)出,且在各個(gè)方向上具有不同的強(qiáng)度。
車載雷達(dá)中比較常見的是平面天線陣列雷達(dá),因?yàn)橄啾绕渌麑?shí)現(xiàn)方式,平面雷達(dá)沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件,從而能保證更小的體積和更低的成本。
車載雷達(dá)在應(yīng)用的過程中會出現(xiàn)與其他車輛的雷達(dá)系統(tǒng)信號相互干擾的情況,同時(shí),車載雷達(dá)系統(tǒng)還會受到測速雷達(dá)的干擾,導(dǎo)致車載雷達(dá)系統(tǒng)無法正常工作。
此外,在車輛智能化發(fā)展的過程中,智能車輛還可能會受到人為的惡意攻擊,特別是雷達(dá)系統(tǒng)可能會受到其他雷達(dá)系統(tǒng)的惡意干擾從而導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)癱瘓,甚至引發(fā)交通事故。
車載毫米波雷達(dá)在發(fā)射接收電磁波過程中,不僅會與雷達(dá)腔體內(nèi)其它電磁波發(fā)生交集,同時(shí)也會受到外界電磁波的干擾,如果能夠更好的過濾屏蔽掉無用的雜波,對于電磁波的處理有更好的改善。
改善毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)更好電磁波接收與發(fā)射的,有一種業(yè)內(nèi)廣泛使用的方式——添加吸波材料。
吸波材料
吸波材料是指能夠有效吸收入射電磁波并使其散射衰減的一類材料,它通過材料的各種不同的損耗機(jī)制將入射電磁波轉(zhuǎn)化成熱能或者是其它能量形式而達(dá)到吸收電磁波目的。
不同于屏蔽解決方案,其功效性在于減少干擾電磁波的數(shù)量。既可以單獨(dú)使用吸收電磁波,也可以和屏蔽體系配合,提高設(shè)備高頻功效。
吸波材料主要由吸波劑和基體材料構(gòu)成,吸波劑是起吸收與反射電磁波作用的物質(zhì),常用的有鐵氧體、羰基鐵、導(dǎo)電炭黑、石墨等?;w材料吸收劑的載體能夠承載并分散吸收劑,且本身具有一定的機(jī)械性能。
由吸波材料的工作原理可知,吸波材料的吸波能力與吸收劑的吸收能力有密切關(guān)系。因此吸收劑的研制與開發(fā)是吸波材料領(lǐng)域的重要方向。
美國ARC公司成立于1988年,是美國最大的微波和射頻吸波材料制造商,專注于微波吸收材料的研發(fā),生產(chǎn)及銷售。該公司產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先,廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)及軍工。產(chǎn)品覆蓋50MHz-100GHz。
汽車毫米波雷達(dá)誕生已有數(shù)十年,核心技術(shù)現(xiàn)在基本掌握在國際Tier1手中,國內(nèi)廠商目前還處在追趕嘗鮮階段。
吸波材料在國外雷達(dá)廠商中得到了廣泛的應(yīng)用,也有較高的認(rèn)可度,國內(nèi)廠商研發(fā)雷達(dá)的過程基本是首先從拆解國外雷達(dá)產(chǎn)品,從外形、功能、性能上逐個(gè)進(jìn)行還原。對于一些特殊、少見的材料,供應(yīng),國內(nèi)廠商往往丈二和尚,摸不著頭腦。
業(yè)內(nèi)人士表示,吸波材料屬于一個(gè)極細(xì)分的領(lǐng)域,雖廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),但在核心技術(shù)上還是由少數(shù)寡頭公司壟斷。
由于保密性的緣由,大部分國內(nèi)雷達(dá)廠商在拆解模仿國外雷達(dá)的過程中,對于吸波材料知之甚少,因此并不知道其設(shè)計(jì)使用原理。而隨著近兩年國內(nèi)雷達(dá)市場的升溫,越來越多的人關(guān)注到了這個(gè)地方,才對吸波材料開始聚焦。
在一些雷達(dá)的參數(shù)指標(biāo)上,吸波材料的使用可以幫助提升性能,縮小國內(nèi)外技術(shù)差距。國產(chǎn)雷達(dá)目前在這方面,使用還不廣泛,處于認(rèn)識了解階段。因此,業(yè)內(nèi)人士也表示,距離吸波材料的廣泛應(yīng)用還需要一段時(shí)間。
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