摘要：地面靜止目標防雷達偵察與飛行器對雷達吸波材料的要求不同，水泥基吸波材料的研究得到了迅速發展；但水泥作為吸波材料的基材，不僅起膠結材料的作用，其本身的吸波性能的研究也不容忽視。本文選用摻混合材很少的P.II 型水泥，在1～18GHz 范圍內進行吸波性能的研究。測試結果顯示：吸收峰的位置不受養護時間的影響；但隨試樣厚度的增加會向低頻移動。在低頻區具有一定的吸波性能，特別是厚度在5mm、和10mm 時，吸收峰可以達到-19dB～-21dB，小于-8dB的吸收帶寬有1GHz。同時發現表面不同的粗糙度對吸波性能也有一定的影響。
關鍵詞：水泥；吸波性能；
1.前言
地面軍事目標的偽裝重點是解決能對付太空和空中的偵察，它們對雷達的隱身要求與飛行器存在差異，飛行器要求盡量重大對雷達波的吸收，而地面隱身要求目標與背景的融合，如林地的發射率約為-6dB～-7dB；地面軍事目標的力學性能要求與飛行器存在差別，地面目標對重量不敏感，而且使用量巨大，因此研究低成本，易于施工，發射率有限的材料，適用于地面軍事目標的隱身材料已勢在必行[1]；水泥基吸波材料是在水泥中摻加電損耗和磁損耗材料配制而成的，可通過電磁吸波材料的阻抗匹配設計、電磁參數的調整、以及混凝土的厚度控制等來達到提高水泥基材料防護效果的目的。由于水泥原材料來源廣泛、價格低廉，易被工程防護界接受，同時選用化學活性低的吸波材料，不與水泥發生化學反應，且全部被水泥漿體包裹著，不與空氣等氧化介質接觸，具有更高的化學穩定性。許多國家已開始展開多功能吸波建筑材料的研究，并已取得一定進展[2～6]。
在水泥基吸波材料中，水泥不僅僅是吸波材料的基材，其本身也具有一定的吸收性能，但關于水泥吸波性能的研究相對較少。本文選用P.II型水泥，研究它們在1～18GHz范圍內的吸波性能。
2 原材料與實驗方法
P.II 型水泥由中國水泥廠生產，化學組分如表-1。
自制一套180mm×180mm 的鋼模，厚度分別為5mm、10mm、15mm、25mm、30mm。水灰比為0.275，在砂漿攪拌機攪拌一個周期。在振動臺上手動振動60 次，將表面抹平，再振動60 次，再將表面抹平，送養護室養護。
吸波材料的吸波性能根據國標GJB 203 8-94要求，利用HP8722ET網絡分析儀采用弓形反射法進行測試。
在風干狀態下測量試樣的面密度，如表-2 所示。
從表-2 可以明顯地看出，隨著水泥試樣在水中養護時間的增加，面密度逐漸增加。這主要是因為水泥礦物要吸收水分進行水化的結果
3 反射率的測量
3.1 水泥顆粒反射率的測試
將水泥粉末與石蠟按二比一的質量比例，在表面光潔的鋁板上涂敷3mm厚，測試結果顯示，反射率基本為0，這是由于水泥顆粒之間的存在較大的空隙率，入射電磁波幾乎全部被鋁板反射。
3.2 不同齡期水泥凈漿反射率的測試
將水泥凈漿放入水中養護，在不同齡期進行反射率的測試，結果如圖-2所示。
3.2.1 反射率與厚度的關系
從圖（a）～（f）可以看到以下規律：
（1） 隨著試樣厚度的增加，反射率逐漸增加，低頻區最大吸收峰從5mm時的-21dB降低到30mm時的-9dB；高頻率區吸收峰從-9dB左右逐漸降低，最后基本全部集中在-4dB到-6dB之間；
（2）低頻率區兩個最大的吸收峰，隨厚度的增加，明顯地向低頻區移動：如5mm時最大的吸收峰在3GHz，10mm時移到2GHz，15mm時1.5GHz，20mm時1GHz；第二大吸收峰也從9GHz逐漸左移到2GHz附近。這種左移的規律非常明顯。
3.2.2 反射率與齡期的關系
從圖（a）～（f）都也可以看出：
（1）在低頻區1～8GHz（即L、S、C波段）范圍內，隨著養護時間的增加，吸收峰的位置基本沒有變，試樣厚度在5mm、10mm時最大吸收峰一般降低4dB左右，而厚度繼續增加時，峰值基本不變。
（2）在高頻區8～18GHz范圍內純水泥試樣的吸波性能都較差，試樣厚度在5mm、10mm時反射率都在-4～-10dB之間，試樣厚度為15mm～30mm時的吸波曲線比較平緩，吸收性能都在-4～-6dB之間，時間的影響不明顯；而厚度為10mm的試樣吸波性能隨時間逐漸提高。對于水化45天的試樣，反射率小于-6dB的吸收峰共有四個，總帶寬約12GHz；反射率小于-8dB的吸收峰共有5個，總帶寬約5GHz；這說明對于純水泥試樣，在雷達全波段1～18GHz范圍內，最佳匹配厚度應該在10mm左右，這與文獻[6]的結果完全一致。
3.2 七天齡期時不同表面反射率的比較
由于在試樣制作過程中存在一些不確定因素，表面和底面的粗糙度會有所不同，從而對反射率產生不同的影響。
根據文獻[7]的理論，當表面的平整度小于電磁波波長的1/8時，可看作平滑面，它對入射電磁波產生鏡面反射；當表面的平整度在電磁波波長的1/8 以上時，只能看作是粗糙面，它對入射的電磁波產生漫反射[7]。由于測試頻率在1～18GHz范圍，波長為30～1.67cm，試樣表面由刮刀手工抹平，粗糙度可達1～3mm，由此可以推測，低頻率區波長大，電磁波以漫反射為主，能夠接受到的反射率小；而高頻率區波長小，電磁波以鏡面反射為主，能夠接受到的反射率大；同時，表面由刮刀手工抹平，比較密實；而底部由于氣體沒有排除完全，具有較多的孔隙，電磁波會在孔隙中經過多次反射而被吸收，因而其吸收電磁波性能好于平面。在這兩個因素的共同作用下，試樣表面和底部的反射率會有一定的差距。
從圖-3的（a）～（f）中可以看出：當厚度是5mm、10mm時，表面的吸收峰相對于底部向高頻區移動0.5～1GHz的寬度，而且吸收率也有一定的降低。當厚度在15～30mm范圍內時，表面和底部吸收峰的位置基本不變；低頻區1～8GHz波段內，吸收率基本不變；但在高頻區8～18GHz波段內，不同表面的吸收率有一定的差距，如厚度為25mm時，底部比表面吸收率要增加近2dB；但15mm厚時，吸收率略有下降。
4 結論
（1）吸收峰的位置不受養護時間和表面粗糙度的影響；但隨試樣厚度的增加會向低頻移動；
（2）在低頻區具有一定的吸波性能，特別是厚度在5mm、和10mm時，吸收峰可以達到-19dB～-21dB，小于-8dB的吸收帶寬有1GHz。。對于水化45天的試樣，反射率小于-8dB的吸收峰共有5個，總帶寬約5GHz；這說明對于純水泥試樣，在雷達全波段1～18GHz范圍內，最佳匹配厚度應該在10mm左右。在高頻區，其他厚度和養護時間的試樣，吸收率基本都集中在-4-6dB范圍內。
（3）試樣表面粗糙度的變化，低頻率區吸收率基本不變，高頻率區反射率有所變化；
參考文獻
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