摘要：地面静止目标防雷达侦察与飞行器对雷达吸波材料的要求不同，水泥基吸波材料的研究得到了迅速发展；但水泥作为吸波材料的基材，不仅起胶结材料的作用，其本身的吸波性能的研究也不容忽视。本文选用掺混合材很少的P.II 型水泥，在1～18GHz 范围内进行吸波性能的研究。测试结果显示：吸收峰的位置不受养护时间的影响；但随试样厚度的增加会向低频移动。在低频区具有一定的吸波性能，特别是厚度在5mm、和10mm 时，吸收峰可以达到-19dB～-21dB，小于-8dB的吸收带宽有1GHz。同时发现表面不同的粗糙度对吸波性能也有一定的影响。
关键词：水泥；吸波性能；
1.前言
地面军事目标的伪装重点是解决能对付太空和空中的侦察，它们对雷达的隐身要求与飞行器存在差异，飞行器要求尽量重大对雷达波的吸收，而地面隐身要求目标与背景的融合，如林地的发射率约为-6dB～-7dB；地面军事目标的力学性能要求与飞行器存在差别，地面目标对重量不敏感，而且使用量巨大，因此研究低成本，易于施工，发射率有限的材料，适用于地面军事目标的隐身材料已势在必行[1]；水泥基吸波材料是在水泥中掺加电损耗和磁损耗材料配制而成的，可通过电磁吸波材料的阻抗匹配设计、电磁参数的调整、以及混凝土的厚度控制等来达到提高水泥基材料防护效果的目的。由于水泥原材料来源广泛、价格低廉，易被工程防护界接受，同时选用化学活性低的吸波材料，不与水泥发生化学反应，且全部被水泥浆体包裹着，不与空气等氧化介质接触，具有更高的化学稳定性。许多国家已开始展开多功能吸波建筑材料的研究，并已取得一定进展[2～6]。
在水泥基吸波材料中，水泥不仅仅是吸波材料的基材，其本身也具有一定的吸收性能，但关于水泥吸波性能的研究相对较少。本文选用P.II型水泥，研究它们在1～18GHz范围内的吸波性能。
2 原材料与实验方法
P.II 型水泥由中国水泥厂生产，化学组分如表-1。
自制一套180mm×180mm 的钢模，厚度分别为5mm、10mm、15mm、25mm、30mm。水灰比为0.275，在砂浆搅拌机搅拌一个周期。在振动台上手动振动60 次，将表面抹平，再振动60 次，再将表面抹平，送养护室养护。
吸波材料的吸波性能根据国标GJB 203 8-94要求，利用HP8722ET网络分析仪采用弓形反射法进行测试。
在风干状态下测量试样的面密度，如表-2 所示。
从表-2 可以明显地看出，随着水泥试样在水中养护时间的增加，面密度逐渐增加。这主要是因为水泥矿物要吸收水分进行水化的结果
3 反射率的测量
3.1 水泥颗粒反射率的测试
将水泥粉末与石蜡按二比一的质量比例，在表面光洁的铝板上涂敷3mm厚，测试结果显示，反射率基本为0，这是由于水泥颗粒之间的存在较大的空隙率，入射电磁波几乎全部被铝板反射。
3.2 不同龄期水泥净浆反射率的测试
将水泥净浆放入水中养护，在不同龄期进行反射率的测试，结果如图-2所示。
3.2.1 反射率与厚度的关系
从图（a）～（f）可以看到以下规律：
（1） 随着试样厚度的增加，反射率逐渐增加，低频区最大吸收峰从5mm时的-21dB降低到30mm时的-9dB；高频率区吸收峰从-9dB左右逐渐降低，最后基本全部集中在-4dB到-6dB之间；
（2）低频率区两个最大的吸收峰，随厚度的增加，明显地向低频区移动：如5mm时最大的吸收峰在3GHz，10mm时移到2GHz，15mm时1.5GHz，20mm时1GHz；第二大吸收峰也从9GHz逐渐左移到2GHz附近。这种左移的规律非常明显。
3.2.2 反射率与龄期的关系
从图（a）～（f）都也可以看出：
（1）在低频区1～8GHz（即L、S、C波段）范围内，随着养护时间的增加，吸收峰的位置基本没有变，试样厚度在5mm、10mm时最大吸收峰一般降低4dB左右，而厚度继续增加时，峰值基本不变。
（2）在高频区8～18GHz范围内纯水泥试样的吸波性能都较差，试样厚度在5mm、10mm时反射率都在-4～-10dB之间，试样厚度为15mm～30mm时的吸波曲线比较平缓，吸收性能都在-4～-6dB之间，时间的影响不明显；而厚度为10mm的试样吸波性能随时间逐渐提高。对于水化45天的试样，反射率小于-6dB的吸收峰共有四个，总带宽约12GHz；反射率小于-8dB的吸收峰共有5个，总带宽约5GHz；这说明对于纯水泥试样，在雷达全波段1～18GHz范围内，最佳匹配厚度应该在10mm左右，这与文献[6]的结果完全一致。
3.2 七天龄期时不同表面反射率的比较
由于在试样制作过程中存在一些不确定因素，表面和底面的粗糙度会有所不同，从而对反射率产生不同的影响。
根据文献[7]的理论，当表面的平整度小于电磁波波长的1/8时，可看作平滑面，它对入射电磁波产生镜面反射；当表面的平整度在电磁波波长的1/8 以上时，只能看作是粗糙面，它对入射的电磁波产生漫反射[7]。由于测试频率在1～18GHz范围，波长为30～1.67cm，试样表面由刮刀手工抹平，粗糙度可达1～3mm，由此可以推测，低频率区波长大，电磁波以漫反射为主，能够接受到的反射率小；而高频率区波长小，电磁波以镜面反射为主，能够接受到的反射率大；同时，表面由刮刀手工抹平，比较密实；而底部由于气体没有排除完全，具有较多的孔隙，电磁波会在孔隙中经过多次反射而被吸收，因而其吸收电磁波性能好于平面。在这两个因素的共同作用下，试样表面和底部的反射率会有一定的差距。
从图-3的（a）～（f）中可以看出：当厚度是5mm、10mm时，表面的吸收峰相对于底部向高频区移动0.5～1GHz的宽度，而且吸收率也有一定的降低。当厚度在15～30mm范围内时，表面和底部吸收峰的位置基本不变；低频区1～8GHz波段内，吸收率基本不变；但在高频区8～18GHz波段内，不同表面的吸收率有一定的差距，如厚度为25mm时，底部比表面吸收率要增加近2dB；但15mm厚时，吸收率略有下降。
4 结论
（1）吸收峰的位置不受养护时间和表面粗糙度的影响；但随试样厚度的增加会向低频移动；
（2）在低频区具有一定的吸波性能，特别是厚度在5mm、和10mm时，吸收峰可以达到-19dB～-21dB，小于-8dB的吸收带宽有1GHz。。对于水化45天的试样，反射率小于-8dB的吸收峰共有5个，总带宽约5GHz；这说明对于纯水泥试样，在雷达全波段1～18GHz范围内，最佳匹配厚度应该在10mm左右。在高频区，其他厚度和养护时间的试样，吸收率基本都集中在-4-6dB范围内。
（3）试样表面粗糙度的变化，低频率区吸收率基本不变，高频率区反射率有所变化；
参考文献
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