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。在工程應用上,除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外,還要求它具有質量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能,隨著技術的發展,電磁波輻射對環境的影響日益增大,吸波材料的應用越來越廣泛。
美國最新一代的隱形戰機F-22,俄羅斯T-50通過涂抹雷達吸收材料以及先進的外形設計,可逃過探測雷達的掃描。除了在隱形戰機上使用,吸波材料還廣泛應用于車載毫米波雷達。
雷達探測障礙物距離,是通過發射和接收的電磁波反饋來計算得出的,而電磁波在空氣中傳播遇到媒質時,由于媒質的阻抗與自由空間的阻抗不匹配,電磁波在空氣與媒質界面發生反射。
通俗來講,就是雷達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系到雷達的測量距離以及精度。
為了能夠接收到更佳的雷達反射波,雷達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。
但汽車雷達領域,由于本身行業的特殊性,體積不能無限制擴大,因此雷達必須在有限的范圍內完成信號的發射與接收,這也給雷達的性能提升帶來了不小的挑戰。
無處不在的電磁波
車載毫米波雷達工作的頻段是在高頻,一般在24Ghz、77Ghz附近,也稱微波,本質上是一種電磁波,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,通常高于絕對零度的物質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。
車載雷達通過天線發射和接收電磁波,所發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出,且在各個方向上具有不同的強度。
車載雷達中比較常見的是平面天線陣列雷達,因為相比其他實現方式,平面雷達沒有旋轉機械部件,從而能保證更小的體積和更低的成本。
車載雷達在應用的過程中會出現與其他車輛的雷達系統信號相互干擾的情況,同時,車載雷達系統還會受到測速雷達的干擾,導致車載雷達系統無法正常工作。
此外,在車輛智能化發展的過程中,智能車輛還可能會受到人為的惡意攻擊,特別是雷達系統可能會受到其他雷達系統的惡意干擾從而導致雷達系統癱瘓,甚至引發交通事故。
車載毫米波雷達在發射接收電磁波過程中,不僅會與雷達腔體內其它電磁波發生交集,同時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。
改善毫米波雷達實現更好電磁波接收與發射的,有一種業內廣泛使用的方式——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制將入射電磁波轉化成熱能或者是其它能量形式而達到吸收電磁波目的。
不同于屏蔽解決方案,其功效性在于減少干擾電磁波的數量。既可以單獨使用吸收電磁波,也可以和屏蔽體系配合,提高設備高頻功效。
吸波材料主要由吸波劑和基體材料構成,吸波劑是起吸收與反射電磁波作用的物質,常用的有鐵氧體、羰基鐵、導電炭黑、石墨等。基體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系。因此吸收劑的研制與開發是吸波材料領域的重要方向。
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,生產及銷售。該公司產品技術領先,廣泛應用于電子行業及軍工。產品覆蓋50MHz-100GHz。
汽車毫米波雷達誕生已有數十年,核心技術現在基本掌握在國際Tier1手中,國內廠商目前還處在追趕嘗鮮階段。
吸波材料在國外雷達廠商中得到了廣泛的應用,也有較高的認可度,國內廠商研發雷達的過程基本是首先從拆解國外雷達產品,從外形、功能、性能上逐個進行還原。對于一些特殊、少見的材料,供應,國內廠商往往丈二和尚,摸不著頭腦。
業內人士表示,吸波材料屬于一個極細分的領域,雖廣泛應用于各個行業,但在核心技術上還是由少數寡頭公司壟斷。
由于保密性的緣由,大部分國內雷達廠商在拆解模仿國外雷達的過程中,對于吸波材料知之甚少,因此并不知道其設計使用原理。而隨著近兩年國內雷達市場的升溫,越來越多的人關注到了這個地方,才對吸波材料開始聚焦。
在一些雷達的參數指標上,吸波材料的使用可以幫助提升性能,縮小國內外技術差距。國產雷達目前在這方面,使用還不廣泛,處于認識了解階段。因此,業內人士也表示,距離吸波材料的廣泛應用還需要一段時間。
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原文標題:國產毫米波雷達性能不達標,可能是因為沒有它 | GGAI視角
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