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【航天科普】走近材料,了解材料的微波特性

发布时间:2022-04-21    【来源:二院203所】

什么是材料?种类太广泛了。我们喝的水、吃的食物,燃烧的汽油,房屋的木材……会议室里的书本、桌椅、显示屏幕、隔音墙……还有人的皮肤、血液、细胞等等。材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础,也是高新技术发展和社会现代化的先导,是人类密不可分的朋友。让我们来了解一下这位亲密朋友吧。

从石器时代开始的人类文明史,从某种意义上也可称为世界材料发展史,人类社会经由石器时代、青铜器时代、铁器时代,迈入了当今电子材料时代、智能材料时代。材料有很多我们熟悉的性能,像力学特性、温度特性、光学特性、微波特性等等。变色眼镜随着太阳光强弱镜片颜色发生变化,这是利用了光学特性。屏蔽室内手机信号弱,这是利用了微波特性。

材料的微波特性广泛应用在各行各业。微波特性指什么?当信号入射到材料表面,一部分信号被反射,一部分信号在材料内部被衰减、还有一部分信号透过材料继续传播。反射信号、透射信号和内部衰减信号的性能是由材料的微波特性决定的。描述材料微波特性的常见参数有电导率、介电常数、磁导率、反射率、透波率等。

电导率(Electric conductivity):

也称导电率,定义是电阻率的倒数,符号为σ,单位为西门子/米(Sm-1)。电导率相当于1m2横截面、1m长的电线所具有的电导。电导率值越大表示导电能力越强。

   介电常数(Permittivity/Dielectric Constant)):

表征电介质束缚电荷的能力。分为相对介电常数(εr)和绝对介电常数(ε)。通常采用相对介电常数来表征材料,定义为绝对介电常数与真空介电常数(              F/m)之比,是无量纲的量。介电常数是材料的基本属性,与外加电磁场的大小、方向、频率、温度、湿度、压力等密切相关。介电常数越大、说明束缚电荷的能力越强,材料的绝缘性能越好,在电场中的储能越多。

磁导率(Permeability):

表示物质磁化性能的一个物理量。分为相对磁导率(μr)和绝对磁导率(μ)。通常采用相对磁导率来表征材料,定义为绝对磁导率与真空磁导率(H/m)之比,是无量纲的量。磁性材料分为顺磁性和抗磁性。顺磁性是内部被磁化的磁场与外加磁场同向,相对磁导率为,抗磁性是内部被磁化的磁场与外加磁场反向,相对磁导率为,

反射率(Reflectivity)

定义为在相同条件下,电磁波分别入射到材料表面和良导体表面的反射功率之比,符号为Γ,无量纲的量。反射率与材料的介电常数、磁导率、厚度等相关。反射率越大,则入射到材料表面的电磁波被返回的就越多。

透波率(Transmissivity)

定义为在相同条件下,电磁波分别入射到材料和空气介质的透射功率之比。,符号T,无量纲的量。透波率与材料的介电常数、磁导率、厚度等相关。透波率越大,则入射到材料表面的电磁波被通过的就越多。因此要想获得高透波率,不仅材料本身衰减小,还要反射率低。

除此之外,还有一些参数如衰减常数、损耗因子等也用于来描述材料的微波特性,这些参数可以通过上述参数计算转化获得。

(张娜)

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