电磁波吸收材料的研究涉及材料科学、电磁场理论、电磁波吸收材料和吸收体理论、计算数学等,随着材料设计理论和方法的逐渐受到重视,电磁波吸收材料的研究逐渐成为EMC和材料科学中的一个重要分支。


从理论上来讲EMC技术对电磁波吸收材料的基本要求有两点:


(1)无反射(既完全吸收);

(2)吸收频带尽可能的宽。


寻找无反射吸收材料的新设计方法一直是人们寻求的目的,但吸收材料也同屏蔽材料一样存在着对电磁波的反射问题。虽然到目前为止人们已经研究了不少的电磁波吸收材料,但是还无法做到无反射吸收。但在实际应用中,电子与电气设备要求的电磁波吸收材料大都是低反射率的的电磁波吸收材料。


目前国外正在研制和实用化的吸波材料要有以下几种:


(1)铁氧体系列吸波材料(镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、钡铁氧体等):由于铁磁材料的共振吸收和磁导率的频散效应,铁氧体材料具有吸收强、频带宽的优点,被广泛地应用于各种隐身技术领域。日本NEC公司研究的铁氧体吸波材料厚度为3.8mm和0.9mm的两层构成,单位面积质量8kg/m2,衰减-20dB的带宽为8.5~12.2GHz,衰减-10dB时带宽为6~13GHz。


(2) 微粉吸波材料:微粉材料(尤其纳米吸波材料)由于其奇特的物理化学性质而受到各方面的重视,对电磁波的反射小、吸收高,是一种值得重视的新材料,在超微粉材料的颗粒中表面原子占整个颗粒原子的较大比例,表面原子由于悬挂键、空键较多,其活性大大增加。当电磁波入射到这类粒子上时,分子、电子的运动加剧,电磁能转化为热能的效率高,电磁损耗大,其透射和吸收性能取决于粒度大小,利用这个特点可以实现层间匝配和展宽频带的目的。例如,由纳米碳化硅纤维为基材制成的电磁波吸收体在8~12GHz的频率范围内,达到-15dB吸收的带宽大于1GHz,经特殊处理过的碳纤维在雷达波段具有较好的应用价值。对于金属粉如羟基Fe粉、Ni粉、Co粉,其粒径一般在10~50nm之间,也受到了广泛的研究,但由于抗氧化等性能较差其应用性受到限制。


(3)多晶铁磁性金属纤维:多晶铁磁性金属纤维具有独特的形状特征和复合损耗机理(磁损耗和介电损耗),具有重量轻(密度<2kg/m2)、频带宽(4~18GHz)和斜入射性能好的优点,以及可通过调节纤维的长度、直径及排列方式调节吸波体的电磁参数,是一种值得研究的吸波材料。


(4)希克夫盐基视黄脂:像石墨一样呈黑色,吸波性能优于其它材料,而重量只有铁球吸波材料的1/10。这种材料的吸波频带宽,从长波到8mm波段都有效,通过离子位移方式它将电磁波能量全部转换成热能,但材料本身的温升并不明显。


(5) 电介质陶瓷吸波材料:PZT(锆钛酸铅)、BaTiO3 等电介质材料也具有良好的吸波效果,但吸收带宽小。


(6)导电高分子材料:与其它吸波材料相比具有密度小(只有铁氧体的1/5)的特点,通过掺杂调节电导率来控制其吸波性能,国外报道在毫米波段具有-10dB和12GHz的带宽。


(7)手性吸波材料:它与普通材料相比最大的特点具有手性参数,在其中传播的电磁波只能是左旋或右旋的圆偏振波,其优势在于调节手性参数就可以调节阻抗匹配,并且比调节μ、ε容易得多;另外,它的频率敏感性低,易于实现宽频吸收。该材料实用的技术一旦有所突破,将对EMC技术产生重大影响。

电磁波吸收体不但可以作为吸波材料用于电磁波屏蔽暗室,还可以用于各种电子设备中用于电磁波的吸收和电磁场的设计。电磁波吸收体是电磁波屏蔽暗室必不可少的吸波材料,有角锥状浸有吸波粉料的复合海绵吸波体,其尺寸与吸波频率有关,形状设计是为了电磁波的阻抗匹配,可以满足30MHz—40GHz频带、10—20dB的电磁波吸收率;平板状、网格状和双层型铁氧体吸波材料,可以满足30MHz—2GHz频带、10dB的电磁波吸收率。


在实际的电磁泄露防护技术中,还要考虑到具体电路的情况来采用不同的方式。由于电子与电气设备的电磁干扰以传导和辐射两种方式进行,响应EMC技术的也有两类:


(1)传导,与电源频率不同的谐波和杂波通过导线传入电网,并由此对其它设备产生影响并造成信息泄露。传导的电磁波一般频率较低,可以通过滤波器的设计来实现抑制;

(2)辐射,设备内部的高频电磁振荡以波的形式向外辐射,直接对其它设备造成影响。



为了降低设备的电磁辐射,一般采用以下几种方法来抑制:


(1)低辐射电路设计,

(2)电源线和信号线的屏蔽,

(3)电源线和信号线的滤波,

(4)电磁波吸收材料方法。

(5)隔离技术,包括设备工作环境的屏蔽

(6)设备的屏蔽,包括机箱的屏蔽、接线孔和接缝的屏蔽,


由于受电路设计技术和成本的限制,许多产品在达不到EMC标准时,需要采用屏蔽和吸波方法。屏蔽和吸波的目的都是将电磁波局限在某一个区域内,所不同的是屏蔽主要利用导电材料对电磁波的反射作用来限制电磁波的传播。一般需要将整个辐射源全部屏蔽,否则的话会出现一个方向减弱,而其它方向增加的现象。


吸波则是利用材料对电磁波的吸收,使电磁波的电磁场能转变为其它形式的能。电磁波吸收材料不要求具有高导电性,在设备中应用起来相对容易,使用技术要求也就低一些。EMC材料的研究目前主要集中在屏蔽材料,对电磁波吸收材料和吸收体的研究相对较少。实际上电磁波吸收材料和吸收体在EMC技术上具有屏蔽材料等技术所不可代替的作用,目前正在成为EMC学科发展的一个热点。