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暗室及吸波材料
一、 吸波材料与暗室
a） 什么是吸波材料
吸波材料或隐身材料是指对电磁波具有吸收作用，反射很小的材料，它们是用电介质或铁磁材料构成，构成的方式多样，如涂刷、浸渍、薄膜、纳米法等。吸波材料和隐身材料的区别在于前者工作在较宽的频率范围和在暗室内使用，而后者大都在雷达工作的频率范围和相关的隐身载体上，例如飞机、导弹、舰艇等。它们的用途是在军事上防止敌人发现我们的目标，民用上防止对人体造成伤害以及产品或仪表性能检测等，例如：
电子对抗：隐身材料涂上飞机、导弹、坦克、装甲车等可以防止敌人用雷达等侦察和屏蔽暗室用于防止外人采用光和电波手段窃听内部会议场地信息。民用上：航空指挥塔、无线电通讯导航、手机、电视机、计算机、电子仪器等检测电磁波辐射对人体造成危害，影响其他仪器工作造成指挥失误和产品测试环境即电波暗室。因此国际上和国内制定标准，达不到标准就不能销售或出口等强制性认证要求，就象现在提到的绿色食品一样。
汽车、摩托车同样包含了电子设备和电机等，也同样有强制认证要求。
电磁干扰危害的具体事例很多，如：1）美国一钢铁厂由于吊熔化钢水包的吊车的控制电路受到电磁干扰而导致一包钢水完全倾倒在车间地面上，造成大量人员伤亡。2）美国一装备有假肢的残疾人驾驶一辆摩托车途径高压线下的路段时，假肢中的生物电的控制电路受到高压电的电磁干扰造成失控而导致摩托车失控车翻人亡的事故。3）电视机、收音机如有塑料热压、电焊、微波炉等高频干扰而影响正常的收看和收听。4）强电磁干扰如电视塔天线附近发射的电磁波将影响人的大脑、心脏及生殖系统、胚胎发育等，甚至会导致死亡。
b） 什么是电波暗室
为了检查天线性能、隐身材料涂装的导弹、飞机以及设备装置是否达到要求，必须要有一个“安静”的没有电磁波干扰的开阔场地或自由空间进行测量，过去都是到郊区、农村等野外广阔场地测试，因为这些地方没有电磁波干扰。在这些地方测试有其局限性和不便之处，例如：a）地的面积较大，两个目标的距离几十米甚至几百米或更远，b）雨雪天气不能测试，c）路远，交通不便，更重要的是由于当代通讯技术的发展，这些地方也有电磁波的干扰。因此人们提出建立一些模拟的测试场地进行测量的设想，这种场地既具有开阔的场地或自由的空间的性能，又能够避免上述缺点，二十世纪五十年代开始建立了暗室，实现了上述设想。
随着科学的发展，按照不同要求建立了各种电波暗室，但主要有两种，它们是按工作频率和工作性能来区分。若按频率来区分，通常频率在1GHz以下（30MHz~1GHz，目前工作频率已扩大到18GHz）用做产品EMC测试，称为电磁兼容暗室（大部分为民用）；频率在1GHz以上（1~40~100GHz，目前工作频率已扩展到0.1GHz）用作天线、雷达散射截面（RCS）测量的称为全电波暗室。
若按工作性能来区分，用作产品干扰和抗干扰性能测量用的测试环境，即模拟开阔场地功能的称为半电波暗室，它在地面上不铺设吸波材料，仅在顶部及四面墙上铺设吸波材料。若作为天线和散射面测量模拟自由空间用途的称为全电波暗室或全波暗室。它在地面顶部及四周墙上都铺设吸波材料。电波暗室有三
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大功能：1、防止外界信号进来；2、防止内部信号出去；3、在一特定测试区域内（静区），信号源电磁波在暗室中产生的干扰最小，满足测试要求。
c） 吸波材料与电波暗室的关系
电波暗室性能好坏与二种因素有关：a）屏蔽室性能；b）吸波材料性能。前者为防止外界与暗室内设备之间相互干扰，后者为防止暗室自身反射的干扰。如果外界干扰不大、保密要求不高，有些暗室并不需要屏蔽室，仅铺设吸波材料就可以了。因此吸波材料是暗室中的核心部件，它的性能直接影响暗室性能的好坏。
当然上面所指暗室性能是在暗室尺寸达到基本要求的条件下来实现的。暗室的尺寸，与测试的距离及静区大小、工作频率和用途等有关。在一定的工作条件及技术要求下，暗室要满足一定的大小尺寸，越大越好，但大了价格就贵，所以要合理选定。若因条件限制，暗室尺寸不能满足要求，那要采用一些特殊手段，另想办法解决。所以吸波材料很重要。 二、 工作频率的划分
现实应用中，建立暗室的用途、工作频率等重要技术要求，频率（或波长）的划分以及频率和代号的
a） 电磁波频率的划分 电磁波频率的划分如下表所示
从上面划分可见，一般广播信号在中频及高频范围内，电视信号在甚高频和超高频范围内，通讯信号在超高频范围内。
注：上述名称和波段表示不是很严格的，仅是一种方便代号。 b） 微波波段代号
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微波波段通常是指频率在1GHz以上到300GHz的频率范围，但随着发展，现在几百兆赫兹也称为微波。由于为了工作方便，特别是在雷达天线等工程上为了测试上方便，对某一微波频段用代号来表示，不再使用频率从什么开始到什么为止或波长在什么范围的方法。波段的划分在工程上与科学学术上不完全相
注：波长与频率的关系为：
λ= c为光速3×108m/s，f为频率（Hz或1/s），λ为波长。 因此，知道了频率也就可以求出波长。 三、 吸波材料性能及测定
吸波材料性能是指吸波材料对电磁波的吸收能力，不同材料、不同形状、不同结构的材料对电磁波的吸收能力和机理不同，例如聚氨酯泡沫材料与高功率材料的吸收能力和机量很不相同；又如同一材料不同的高度吸收能力也不同，一般越高越好；再如同样吸波材料不同结构吸收不同，同样的结构外形，角锥内部安装有或不安装插芯的吸收性能也不同。
其实吸波材料除了吸收电磁波外，还存在着反射，所以吸波材料性能也可用反射大小来衡量，反射越小性能越好，反之反射越大性能越差。在暗室中吸波材料的反射除了与材料本身吸收能力大小有关外，还与电磁波在暗室中各个反射面间相位差有关，同一种吸波材料在某频率下反射信号相位差为0，则反射大，反之相位差为180°则反射小。所以暗室铺设吸波材料时就要考虑这一因素。吸波材料测量过程中还与电磁波极化方向有关。极化是指电磁波电场的方向，在电波暗室中，通常水平极化是指电场与地面平行的方向；垂直极化是指电场与地面垂直的方向。不同极化在金属面上反射信号大小相等相位不同，多数情况下水平
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极化不如垂直极化性能好。这是因为多数情况下水平极化电场与吸波材料角锥面相垂直，垂直极化则相反，电场与角锥面平行，后者吸收效率相对高一些。
吸波材料的性能测定是依靠反射大小来测定，为便于测定反射信号，且测试结果较正确反映吸收性能，可在暗室和测试塔内进行测量，这样能正确地反映吸波材料的情况。若不采用此法而直接测量吸收性能，例如在吸波材料前后放置发射和接收装置进行测量，不仅要测量反射信号又测通过信号，很麻烦，而且误差较大。若采用测量吸波材料基材的吸收性能，则很难反映整体性能的情况。吸波材料性能测试方法粗略地可用下页图来说明：
信号源发射天线A辐射到吸波材料后反射到接收天线B接收信号，记下功率大小PR，然后用金属板处于同样位置下测量金属板的反射信号，记下功率为PO，这两个功率的PR与PO比值，即代表了吸波材料的吸收性能，比值越小性能越好。通常吸波材料的吸收性能采用dB（分贝）来表示，它与PR/PO的比值的关系如下：
Г(dB)=10?log10PR/PO 即取PR/PO比值10为底的对数，再乘以10即为分贝值，因为PR＜PO，所以Г为负值，所负值越大，表明PR/PO比越小，性能越好。
实际测试中，因有干扰信号，因此采用小球定标法，把这种干扰降到最小或去掉，保证测试精度。 四、怎样才能得到好的吸波性能
吸波材料性能与三种因素有关：
（1）物理参数介电常数ε=ε′+jε″和磁导率µ=µ′+jµ″； （2）角锥的高度与夹角大小（锥的数量）； （3）内插芯结构。
一般讲ε′小（≈1）ε″大和µ′小（≈1）µ″大为好，因为所有的介质ε′和µ′都大于1，而空气介电常数ε=ε′+jε″=1，磁导率 µ=µ′+jµ″=1。实际中ε″和µ″大或ε″/ε′或µ″/µ′大的介电材料，它们的ε′和µ′都较大，碳黑是一种较好也是使用最多的材料，它的介电常数8~9左右。ε′和µ′大有什么不好呢？因为材料是放在空气中，ε′和µ′大的材料阻抗与空气阻抗不相匹配，产生反射，反射大，电磁波进不到材料内或进入很少，那么材料吸收性能再好也无法吸收。为解决这个问题，把材料做成锥形以减少反射，像岸边的波浪冲击过来的时候若用一块平板挡住，就很快把波全部反射回去，若用一斜坡，波浪则慢慢向坡上爬，反射很小。角锥体夹角越小表明角锥的坡度平坦，反射小，同时可增加电磁波在两角锥间反射次数，增加吸收率，有利于性能的改善。内插芯的作用从宏观来讲主要有二方面的作用，一是展宽工作频段，特别是高频段，二是对不同极化波改进，使它们在不同极化电磁波照射下性能接近或一致，改善吸波材料性能。
不同吸波材料其性能与上述因素的关系不同。聚氨酯泡沫吸波材料为固体实心结构，设计时只需考虑（1）和（2）两项因素，高功率难燃型吸波材料为空心结果，设计时三项因素都很重要，均需考虑。
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暗室及吸波材料
一、 吸波材料与暗室
a） 什么是吸波材料
吸波材料或隐身材料是指对电磁波具有吸收作用，反射很小的材料，它们是用电介质或铁磁材料构成，构成的方式多样，如涂刷、浸渍、薄膜、纳米法等。吸波材料和隐身材料的区别在于前者工作在较宽的频率范围和在暗室内使用，而后者大都在雷达工作的频率范围和相关的隐身载体上，例如飞机、导弹、舰艇等。它们的用途是在军事上防止敌人发现我们的目标，民用上防止对人体造成伤害以及产品或仪表性能检测等，例如：
电子对抗：隐身材料涂上飞机、导弹、坦克、装甲车等可以防止敌人用雷达等侦察和屏蔽暗室用于防止外人采用光和电波手段窃听内部会议场地信息。民用上：航空指挥塔、无线电通讯导航、手机、电视机、计算机、电子仪器等检测电磁波辐射对人体造成危害，影响其他仪器工作造成指挥失误和产品测试环境即电波暗室。因此国际上和国内制定标准，达不到标准就不能销售或出口等强制性认证要求，就象现在提到的绿色食品一样。
汽车、摩托车同样包含了电子设备和电机等，也同样有强制认证要求。
电磁干扰危害的具体事例很多，如：1）美国一钢铁厂由于吊熔化钢水包的吊车的控制电路受到电磁干扰而导致一包钢水完全倾倒在车间地面上，造成大量人员伤亡。2）美国一装备有假肢的残疾人驾驶一辆摩托车途径高压线下的路段时，假肢中的生物电的控制电路受到高压电的电磁干扰造成失控而导致摩托车失控车翻人亡的事故。3）电视机、收音机如有塑料热压、电焊、微波炉等高频干扰而影响正常的收看和收听。4）强电磁干扰如电视塔天线附近发射的电磁波将影响人的大脑、心脏及生殖系统、胚胎发育等，甚至会导致死亡。
b） 什么是电波暗室
为了检查天线性能、隐身材料涂装的导弹、飞机以及设备装置是否达到要求，必须要有一个“安静”的没有电磁波干扰的开阔场地或自由空间进行测量，过去都是到郊区、农村等野外广阔场地测试，因为这些地方没有电磁波干扰。在这些地方测试有其局限性和不便之处，例如：a）地的面积较大，两个目标的距离几十米甚至几百米或更远，b）雨雪天气不能测试，c）路远，交通不便，更重要的是由于当代通讯技术的发展，这些地方也有电磁波的干扰。因此人们提出建立一些模拟的测试场地进行测量的设想，这种场地既具有开阔的场地或自由的空间的性能，又能够避免上述缺点，二十世纪五十年代开始建立了暗室，实现了上述设想。
随着科学的发展，按照不同要求建立了各种电波暗室，但主要有两种，它们是按工作频率和工作性能来区分。若按频率来区分，通常频率在1GHz以下（30MHz~1GHz，目前工作频率已扩大到18GHz）用做产品EMC测试，称为电磁兼容暗室（大部分为民用）；频率在1GHz以上（1~40~100GHz，目前工作频率已扩展到0.1GHz）用作天线、雷达散射截面（RCS）测量的称为全电波暗室。
若按工作性能来区分，用作产品干扰和抗干扰性能测量用的测试环境，即模拟开阔场地功能的称为半电波暗室，它在地面上不铺设吸波材料，仅在顶部及四面墙上铺设吸波材料。若作为天线和散射面测量模拟自由空间用途的称为全电波暗室或全波暗室。它在地面顶部及四周墙上都铺设吸波材料。电波暗室有三
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大功能：1、防止外界信号进来；2、防止内部信号出去；3、在一特定测试区域内（静区），信号源电磁波在暗室中产生的干扰最小，满足测试要求。
c） 吸波材料与电波暗室的关系
电波暗室性能好坏与二种因素有关：a）屏蔽室性能；b）吸波材料性能。前者为防止外界与暗室内设备之间相互干扰，后者为防止暗室自身反射的干扰。如果外界干扰不大、保密要求不高，有些暗室并不需要屏蔽室，仅铺设吸波材料就可以了。因此吸波材料是暗室中的核心部件，它的性能直接影响暗室性能的好坏。
当然上面所指暗室性能是在暗室尺寸达到基本要求的条件下来实现的。暗室的尺寸，与测试的距离及静区大小、工作频率和用途等有关。在一定的工作条件及技术要求下，暗室要满足一定的大小尺寸，越大越好，但大了价格就贵，所以要合理选定。若因条件限制，暗室尺寸不能满足要求，那要采用一些特殊手段，另想办法解决。所以吸波材料很重要。 二、 工作频率的划分
现实应用中，建立暗室的用途、工作频率等重要技术要求，频率（或波长）的划分以及频率和代号的
a） 电磁波频率的划分 电磁波频率的划分如下表所示
从上面划分可见，一般广播信号在中频及高频范围内，电视信号在甚高频和超高频范围内，通讯信号在超高频范围内。
注：上述名称和波段表示不是很严格的，仅是一种方便代号。 b） 微波波段代号
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微波波段通常是指频率在1GHz以上到300GHz的频率范围，但随着发展，现在几百兆赫兹也称为微波。由于为了工作方便，特别是在雷达天线等工程上为了测试上方便，对某一微波频段用代号来表示，不再使用频率从什么开始到什么为止或波长在什么范围的方法。波段的划分在工程上与科学学术上不完全相
注：波长与频率的关系为：
λ= c为光速3×108m/s，f为频率（Hz或1/s），λ为波长。 因此，知道了频率也就可以求出波长。 三、 吸波材料性能及测定
吸波材料性能是指吸波材料对电磁波的吸收能力，不同材料、不同形状、不同结构的材料对电磁波的吸收能力和机理不同，例如聚氨酯泡沫材料与高功率材料的吸收能力和机量很不相同；又如同一材料不同的高度吸收能力也不同，一般越高越好；再如同样吸波材料不同结构吸收不同，同样的结构外形，角锥内部安装有或不安装插芯的吸收性能也不同。
其实吸波材料除了吸收电磁波外，还存在着反射，所以吸波材料性能也可用反射大小来衡量，反射越小性能越好，反之反射越大性能越差。在暗室中吸波材料的反射除了与材料本身吸收能力大小有关外，还与电磁波在暗室中各个反射面间相位差有关，同一种吸波材料在某频率下反射信号相位差为0，则反射大，反之相位差为180°则反射小。所以暗室铺设吸波材料时就要考虑这一因素。吸波材料测量过程中还与电磁波极化方向有关。极化是指电磁波电场的方向，在电波暗室中，通常水平极化是指电场与地面平行的方向；垂直极化是指电场与地面垂直的方向。不同极化在金属面上反射信号大小相等相位不同，多数情况下水平
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极化不如垂直极化性能好。这是因为多数情况下水平极化电场与吸波材料角锥面相垂直，垂直极化则相反，电场与角锥面平行，后者吸收效率相对高一些。
吸波材料的性能测定是依靠反射大小来测定，为便于测定反射信号，且测试结果较正确反映吸收性能，可在暗室和测试塔内进行测量，这样能正确地反映吸波材料的情况。若不采用此法而直接测量吸收性能，例如在吸波材料前后放置发射和接收装置进行测量，不仅要测量反射信号又测通过信号，很麻烦，而且误差较大。若采用测量吸波材料基材的吸收性能，则很难反映整体性能的情况。吸波材料性能测试方法粗略地可用下页图来说明：
信号源发射天线A辐射到吸波材料后反射到接收天线B接收信号，记下功率大小PR，然后用金属板处于同样位置下测量金属板的反射信号，记下功率为PO，这两个功率的PR与PO比值，即代表了吸波材料的吸收性能，比值越小性能越好。通常吸波材料的吸收性能采用dB（分贝）来表示，它与PR/PO的比值的关系如下：
Г(dB)=10?log10PR/PO 即取PR/PO比值10为底的对数，再乘以10即为分贝值，因为PR＜PO，所以Г为负值，所负值越大，表明PR/PO比越小，性能越好。
实际测试中，因有干扰信号，因此采用小球定标法，把这种干扰降到最小或去掉，保证测试精度。 四、怎样才能得到好的吸波性能
吸波材料性能与三种因素有关：
（1）物理参数介电常数ε=ε′+jε″和磁导率µ=µ′+jµ″； （2）角锥的高度与夹角大小（锥的数量）； （3）内插芯结构。
一般讲ε′小（≈1）ε″大和µ′小（≈1）µ″大为好，因为所有的介质ε′和µ′都大于1，而空气介电常数ε=ε′+jε″=1，磁导率 µ=µ′+jµ″=1。实际中ε″和µ″大或ε″/ε′或µ″/µ′大的介电材料，它们的ε′和µ′都较大，碳黑是一种较好也是使用最多的材料，它的介电常数8~9左右。ε′和µ′大有什么不好呢？因为材料是放在空气中，ε′和µ′大的材料阻抗与空气阻抗不相匹配，产生反射，反射大，电磁波进不到材料内或进入很少，那么材料吸收性能再好也无法吸收。为解决这个问题，把材料做成锥形以减少反射，像岸边的波浪冲击过来的时候若用一块平板挡住，就很快把波全部反射回去，若用一斜坡，波浪则慢慢向坡上爬，反射很小。角锥体夹角越小表明角锥的坡度平坦，反射小，同时可增加电磁波在两角锥间反射次数，增加吸收率，有利于性能的改善。内插芯的作用从宏观来讲主要有二方面的作用，一是展宽工作频段，特别是高频段，二是对不同极化波改进，使它们在不同极化电磁波照射下性能接近或一致，改善吸波材料性能。
不同吸波材料其性能与上述因素的关系不同。聚氨酯泡沫吸波材料为固体实心结构，设计时只需考虑（1）和（2）两项因素，高功率难燃型吸波材料为空心结果，设计时三项因素都很重要，均需考虑。