吸波材料,一般指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上,除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外,还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能,随着技术的发展,电磁波辐射对环境的影响日益增大,吸波材料的应用越来越广泛。
美国最新一代的隐形战机F-22,俄罗斯T-50通过涂抹雷达吸收材料以及先进的外形设计,可逃过探测雷达的扫描。除了在隐形战机上使用,吸波材料还广泛应用于车载毫米波雷达。
雷达探测障碍物距离,是通过发射和接收的电磁波反馈来计算得出的,而电磁波在空气中传播遇到媒质时,由于媒质的阻抗与自由空间的阻抗不匹配,电磁波在空气与媒质界面发生反射。
通俗来讲,就是雷达在空气中传输以及接收过程中,信号会有损耗。而信号的损耗程度也就直接关系到雷达的测量距离以及精度。
为了能够接收到更佳的雷达反射波,雷达厂商通常采用的做法是加大天线尺寸,这样就能够接收到更多的讯号。
但汽车雷达领域,由于本身行业的特殊性,体积不能无限制扩大,因此雷达必须在有限的范围内完成信号的发射与接收,这也给雷达的性能提升带来了不小的挑战。
无处不在的电磁波
车载毫米波雷达工作的频段是在高频,一般在24Ghz、77Ghz附近,也称微波,本质上是一种电磁波,电磁辐射由低频率到高频率,主要分为:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线等,电磁辐射量与温度有关,通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射,温度越高辐射量越大,但大多不能被肉眼观察到。
车载雷达通过天线发射和接收电磁波,所发射的电磁波并非各向均匀的球面波,而是以具有指向性的波束的形式发出,且在各个方向上具有不同的强度。
车载雷达中比较常见的是平面天线阵列雷达,因为相比其他实现方式,平面雷达没有旋转机械部件,从而能保证更小的体积和更低的成本。
车载雷达在应用的过程中会出现与其他车辆的雷达系统信号相互干扰的情况,同时,车载雷达系统还会受到测速雷达的干扰,导致车载雷达系统无法正常工作。
此外,在车辆智能化发展的过程中,智能车辆还可能会受到人为的恶意攻击,特别是雷达系统可能会受到其他雷达系统的恶意干扰从而导致雷达系统瘫痪,甚至引发交通事故。
车载毫米波雷达在发射接收电磁波过程中,不仅会与雷达腔体内其它电磁波发生交集,同时也会受到外界电磁波的干扰,如果能够更好的过滤屏蔽掉无用的杂波,对于电磁波的处理有更好的改善。
改善毫米波雷达实现更好电磁波接收与发射的,有一种业内广泛使用的方式——添加吸波材料。
吸波材料
吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料,它通过材料的各种不同的损耗机制将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸收电磁波目的。
不同于屏蔽解决方案,其功效性在于减少干扰电磁波的数量。既可以单独使用吸收电磁波,也可以和屏蔽体系配合,提高设备高频功效。
吸波材料主要由吸波剂和基体材料构成,吸波剂是起吸收与反射电磁波作用的物质,常用的有铁氧体、羰基铁、导电炭黑、石墨等。基体材料吸收剂的载体能够承载并分散吸收剂,且本身具有一定的机械性能。
由吸波材料的工作原理可知,吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力有密切关系。因此吸收剂的研制与开发是吸波材料领域的重要方向。
美国ARC公司成立于1988年,是美国最大的微波和射频吸波材料制造商,专注于微波吸收材料的研发,生产及销售。该公司产品技术领先,广泛应用于电子行业及军工。产品覆盖50MHz-100GHz。
汽车毫米波雷达诞生已有数十年,核心技术现在基本掌握在国际Tier1手中,国内厂商目前还处在追赶尝鲜阶段。
吸波材料在国外雷达厂商中得到了广泛的应用,也有较高的认可度,国内厂商研发雷达的过程基本是首先从拆解国外雷达产品,从外形、功能、性能上逐个进行还原。对于一些特殊、少见的材料,供应,国内厂商往往丈二和尚,摸不着头脑。
业内人士表示,吸波材料属于一个极细分的领域,虽广泛应用于各个行业,但在核心技术上还是由少数寡头公司垄断。
由于保密性的缘由,大部分国内雷达厂商在拆解模仿国外雷达的过程中,对于吸波材料知之甚少,因此并不知道其设计使用原理。而随着近两年国内雷达市场的升温,越来越多的人关注到了这个地方,才对吸波材料开始聚焦。
在一些雷达的参数指标上,吸波材料的使用可以帮助提升性能,缩小国内外技术差距。国产雷达目前在这方面,使用还不广泛,处于认识了解阶段。因此,业内人士也表示,距离吸波材料的广泛应用还需要一段时间。
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原文标题:国产毫米波雷达性能不达标,可能是因为没有它 | GGAI视角
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