吸波材料知識介紹之吸波材料的損耗型吸波機制

上一篇文章，我們只是粗略地介紹了一下吸波材料的類型和與吸波原理相關的知識。那么您可能會問：吸波材料為什么會吸收電磁波？在接下來的文章中，我們會向您較詳細地介紹吸波材料的兩大類吸波機制。今天我們向您介紹損耗型吸波機制。

材料損耗是指電磁波進入吸波材料內部，其能量被材料有效吸收，轉化為熱能或其他形式能量而耗散掉。設計這種類型的吸波材料一般需要考慮兩個方面：阻抗匹配設計和衰減設計。阻抗匹配設計是指創造特殊的邊界條件使入射電磁波在材料介質表面的反射系數R 最小(理想情況R = 0)，從而使電磁波最大程度地進入材料內部。

根據電磁場理論[1] ，當電磁波由阻抗為Z0 的自由空間垂直入射到阻抗為Z 的半無限介質表面時，其反射系數R 滿足：

 ----------- (1)

式中：  為介質波阻抗： ， 為自由空間波阻抗。在使盡可能多的電磁波入射進入吸波材料內部，我們就是要盡可能降低反射系數R。
當介質有損耗時,相對磁導率 和相對介電常數 表示為復數：
 ,

其中，實部 和 表征了材料的儲能容量，如磁化能和電容；而虛部 和 為極化損耗。由公式(1) 很容易推得,理想情況下的阻抗匹配公式：
 --------(2)
然而,由于u和e都是與頻率 有關的函數,同一介質某個頻率 的 和 難以都滿足公式(2) ,因此該公式是相當苛刻的。為此， 秦柏、秦汝虎等人提出一種更容易讓人接受的阻抗匹配公式： 

即“廣義匹配定律”[2 ]:  ，并且指出該公式可以作為有效地選擇材料和材料厚度的判據， 利用該公式容易獲得展寬、減輕、減薄的吸收劑。

衰減設計是指選用合理的損耗介質(吸收劑)以及合理的材料結構特征，以便使進入材料內部的電磁波迅速地最大限度地衰減掉。損耗介質對電磁波的衰減能力常用電損耗角正切 和磁損耗角正切 來表示,其值越大,衰減能力越強。從這一點來看, 似乎意味著介質的 和 越大,吸波能力越強。然而,損耗介質的選用和材料的結構設計往往是緊密聯系在一起的。實際工作中，常常根據不同的結構設計方案來選用具有合適電磁參數的損耗介質。因此，一心追求大的 或 的做法是不對的。

簡而言之，損耗型吸波機制就是盡可能增大入射電磁波量，盡可能加強熱轉換率，從而達到盡可能大的電磁波吸收功效。

在接下來的一篇文章中，我們將向您介紹吸波材料的另一類吸波機制：結構型吸波機制。絕大部分吸波材料的吸波機制也無外乎是這兩類中的一種。

參考文獻：
[1] 畢德顯,電磁場理論,北京電子工業出版社,1985:450-454
[2] 秦柏,秦汝虎,金崇君,“廣義匹配規律”的論證及在宇航材料工藝,2004-5