碳纤维复合材料电磁防护性能测试评估技术

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随着科学技术的发展,碳纤维复合材料已在模块壳体、机箱机柜等装置上的得到了广泛应用,特别是其轻质,高强度和刚度使其在飞机机身的选择中备受欢迎。而碳纤维复合材料在射频场、磁场及雷电脉冲场环境下的电磁防护性能将直接影响飞机的电磁兼容性,从而对飞机飞行安全造成较大影响。本文从碳纤维复合材料射频场下的转移阻抗、磁场下的等效电导率及雷电脉冲场下的脉冲阻抗三个方面入手,研究其电磁防护性能测试技术。  针对以上三个方面,首先为了研究在射频场环境下,碳纤维复合材料将一表面电流转移成另一表面电压能力的测试方法,本文引入射频转移阻抗的概念。设计并制作了频率上限为1GHz的射频转移阻抗同轴测试装置,然后使用HFSS对装置的关键参数进行了仿真和优化。接着对装置性能进行测试,测试结果表明其测试范围为0~1GHz,在该范围内VSWR低于1.25,S11低于-20dB,趋势和大小与仿真结果基本吻合。最后用装置测试碳纤维复合材料,从4次独立测试结果可以看出其可重复性较好,几次结果的最大差值为3dB。  接着为了研究磁场环境下,碳纤维复合材料导电性能的测试方法,引入等效电导率的概念。首先从理论上根据平板型材料磁场屏蔽效能推导出其相对电导率,然后通过小环天线法对碳纤维复合材料1MHz以下磁场屏蔽效能进行测试,则可由测得的结果推导得出其等效电导率。最后运用HFSS建立仿真模型并设置材料参数,对简化推导结果进行了仿真验证,仿真结果与实测结果基本吻合。同时,根据试验和仿真结果的对比表明,该方法可用于获取碳纤维复合材料在1MHz以下的等效电导率。  最后为了研究雷电脉冲场下,碳纤维复合材料阻抗特性的测试方法,引入脉冲阻抗的概念。介绍了雷电直接效应试验波形并选用合适的波形分量。然后以多种实验方法为基础,提出了一种测试碳纤维复合材料脉冲阻抗的方法。最后对测试中选取的参数包括电流幅值、电极尺寸及电极材料进行界定,为以后的研究与测试奠定了基础。
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