铁氧体灌注的宽带微波吸收器
Ferrite-impregnated wide band micvowave absorber

1前言
导电表面涂上雷达吸波材料（RAM），可减小目标雷达散射截面。近年来，研究了大量的本来不导电但通过掺杂而导电的聚合物。它们有几种潜在用途，例如电磁干扰（EMI）屏蔽，微波吸收器，显示装置，气体传感器和连接器件。这些聚合物采用的是成本高的灌注工艺。因此，本文介绍用铁氧体和玻璃纤维，制备低成本材料的吸收器。生产铁氧体灌注的玻璃纤维复合材料主要有三个优点：
（1）由于氧化铁是重金离子加工设备的副产品，故成本极低。
（2）由于氧化铁是铁的终极氧化物，故化学稳定性极高。
（3）铁氧体灌注的玻璃纤维复合材料易于通过模具制成任何几何形状。
理论计算时，假定金属（非氧化物）粒子为球形或圆柱形。与玻璃纤维混在一起。 有一些应用中，还要考虑复合体的重量和结构完善性，因此需要选择最优的氧化铁粒子所占最佳比例，并调整其形状、尺寸和分布。通过优化分布粒子数，可获得需要的质量密度和微波吸收特性。
通过不同的混合物理论来计算复合材料介电常数。得到铁氧体灌注玻璃纤维材料在0.8~10GHz频率下的测量结果。包括介电常数的实部和虚部，反射系数，和单位长度的衰减。

2混合物理论
具有导电填充物的复合材料有重要的理论与实验意义。一些研究者评述了不同的经验公式来计算复合材料的复数介电常数。这些经验公式用于纯介电物与低导电材料的混合物。本文试用五个不同的公式，来计算混合物的介电常数的实部和虚部：
（1）Bottcher公式：
(ε-ε1)/(3×ε)=V×(ε2-ε3)/(ε2+2×ε)， (1)
对 (ε′2/ε3)=1，有
（ε″/ε1）=[{1-(1-3×V)×(ε′/ε1)}×{ε″/ε1}]/[4×(ε′/ε1)-1]。 (2)
若取近似V≥1/3且(ε″2/ε1）≥，则有
(ε′/ε1)=1/[1-3×V+2/(ε″/ε1)]。 (3)
（2）Bruggeman公式：
[(ε/ε1)×(1-V)3]=[(ε2-ε)/(ε2/ε1)]3， (4)
若取近似(ε″2/ε1)＞＞1 且0≤V＜0.9，则有
(ε′/ε1)=1/[(1-V)3]， (5)
(ε″/ε1)=[{3×(1-(1-V)3)}]/[(1-V)6×(ε″2/ε1)] 。 (6)
（3）Wagnet 公式：
(ε-ε1)/(3×ε1)=[V×(ε2-ε1)/(ε2+2×ε1)]， (7)
(ε′/ε1)=[1+3×V]×[{(ε″/ε1)×{2+(ε″2/ε1)}/(ε″2/ε1)] (8)
(ε′/ε1)=[(9×V)×(ε″2/ε1)]/[{(ε′2/ε1)+2}2+(ε″2/ε1)2]。 (9)
（4）Kharadly和Jackson公式：
(ε′/ε1)/(ε+2×ε1)=[V×{(ε2-ε1)/(ε2+2×ε1)}]，(10)
(ε′/ε1)=[{(1+2×V)×(ε″2/ε1)}-{(1-V)×(ε′2/ε1)}+{(V+2)×(ε″/ε1)}]/[(1-V)×(ε″2/ε1)]，(11)
(ε″/ε1)=[(9×V)×(ε″2/ε1)]/[{(1-V)×(ε′2/ε1)+(2+V)}2+{(1-V)2×(ε″2/ε1)2}]。 (12)
（5）Lichtenecker-Rother公式：
Logε=V×Logε1+(1-V)×Logε2， (13)
Logε′=V×Logε′1+(1-V)×Logε′2， (14)
Logε″=V×Logε″1+(1-V)×Logε″2。 (15)
上述公式中，V为导电材料体积浓度，
ε′为介电常数实部，
ε″为介电常数虚部，
ε=ε′-jε″，
ε1=ε′1-jε″1，
ε2=ε′-jε″2。
在混合物中，下标1和2分别表示纯介电物和导电金属粉。

3测量与结果
用Kumar和Kumar与Smith介绍的技术，测量铁氧体灌注纤维玻璃的复数介电常数，适合于测量损耗性介电材料在微波频率下的介电性能。

图1为混合物复数介电常数ε=ε′-jε″测量装置框图。微波振荡器通过一个模式扫描，输出送到定向耦合器。主线通到测试腔，测试腔通过可调短路臂使输入与输出匹配。测试腔输出由晶体检测器检测，它与另一线终端的定向耦合器的输出匹配成对。PIN调制器用于电磁波幅值调制，并由波长计提供一条共振曲线。曲线的两个标记尖峰频率与共振频率相隔一个调制信号频率。

两个检测器的输出均显示在双线示波器上，当复合介电材料放于消散波导中时，标记尖峰之一用来测量共振频率的偏移。标记尖峰也用来测量负载的Q值。介电试样放在图2所示的消散波导中时，输出阻抗变成复数。其电阻分量改变腔的Q值，其电抗分量与流空波导不同，它会引起共振频率偏移。通过测量材料产生的Q值和频率变化，可确定复合材料的复数介电常数。