雷达隐身织物的设计优化

10.3.5.1　切花织物

将含金属（化）纤维的面料切开成不同形状，获得切花织物。使用过程中，将平面织物通过一定的支撑形成立体结构，切花单元变成对雷达波的散射单位，是一种柔性、轻质、宽频的雷达隐身织物。

不锈钢含量为20%的不锈钢/涤/棉混纺织物，进行切花获得的织物及其在平整状态下的反射率如图10-11所示。该织物的立体状态及其反射率分别如图10-12所示。

图10-11　平整切花织物及其反射率

图10-12　立体切花织物及其反射率

从上面的测试结果可以发现，平整的结构单元和不平整的结构单元的反射率在很宽的频带内的值都很大，在2GHz时，不平整的切花面料即可达到-10dB、平整的切花面料在-5dB。测试结果中，小于3GHz和大于17GHz的频段内测试的结果不规整，主要是由于测试中所使用的天线的原因。结构单元的不平整对电磁波产生了很强的散射，使得反射率很小。但是，在不平整和平整的结构单元的主要差距是出现的谐振峰的位置不同。主要原因是在网结构变得平整时，单元结构尺寸变小，使得谐振峰向高频移动。

该类织物是目前各类雷达伪装遮障、伪装网、吉利服等常用的织物。

10.3.5.2　凹凸结构

采用嵌织热收缩丝的方法，可以获得含金属（化）纤维的凹凸结构织物，赋予其良好的电磁波散射性能。

将不锈钢纤维和棉纤维以40/60的比例分别混纺成116dtex纱，在经向和纬向分别都嵌织沸水缩率为53.7%、167dtex高收缩涤丝，织成127g/m2的平纹织物。坯布经过不同温度的热处理，得到具有不同凹凸结构的织物。如图10-13所示。

从图10-14可知，处理温度越高，面料收缩程度越高。经过方阻仪测试，经向含有热收缩丝的原布两个方向的方阻分别为200～330Ω/□、650～820Ω/□；经向和纬向均含有热收缩丝的原布两个方向的方阻分别为360～390Ω/□、660～950Ω/□。但是离差较大。

图10-13　原始平纹织物

图10-14　嵌织高热收缩丝的凹凸结构不锈钢织物

不同的处理温度意味着不同的凹凸程度，处理温度越高，凹凸结构越大；处理温度越低，凹凸结构越小，在58℃时，织物收缩较小。

在2～18GHz范围内，对于双向都含有收缩丝的织物，随着处理温度的降低，织物的凹凸结构程度降低、凹凸的结构单位尺度变大，对雷达波的散射性能变差，反射率越来越高，且差异明显，如图10-15所示。且在低频段差异较小、高频段差异较大，即这种差异随着频率的增加而增加。在14GHz时，97℃、75℃、65℃、58℃、未处理织物的反射率依次为-39dB、-27dB、-24dB、-10dB、-4dB。从不同温度下的收缩结构可以看到：在97℃处理后的布料皱褶程度要明显高于其他温度下的处理情况。结构的不平整度使得电磁波在结构中形成了漫散射。电磁波散射在相邻两个相交的斜面，形成了多次吸波。

在18cm×18cm的测试用金属基板上，在其四个角和中心位置贴上2.5cm高的泡沫塑料块，将样品1#放上，形成5个大的凸起，整个织物就表现出大凸起上均匀分布了小的凹凸结构，该织物样品编号为样品1#大凸起；同时，将2.5cm高的泡沫塑料块换成1cm高，制成编号为样品1#小凸起的样品（图10-16）。

图10-15　不同温度下收缩的样品的反射性能

图10-16　在测试支架上的固定的不同凹凸结构样品

如图10-17所示，在10GHz以下，人为织造凸起结构的两个样品的反射率都比原样较小、较细密的凹凸结构样品的反射率大大降低；且大凸起的结构比小凸起结构的反射率更低些。在5GHz时，样品1#、样品1#小凸起、样品1#大凸起的反射率分别为-3dB、-6dB、-15dB；在6GHz时，分别为-3.3dB、-7.2dB、-15.4dB；在8GHz时，分别为-6.0dB、-10.7dB、-14.3dB。具有大凸起结构的样品的反射率基本和切花织物的相当，无论是在高频段还是2～6GHz的低频段。而在10～18GHz频段，这种结构的改变对反射率的影响不大。

这充分说明，目前获得的凹凸结构尺度较小，大于10GHz以上频段的电磁波的波长，因此，在10～18GHz频段内反射率很低，可以推测，在更高频段内的反射率会进一步降低。

图10-17　图10-16中样品的反射率(www.xing528.com)

通过在其四个角和中心位置贴上不同高度的泡沫塑料块，使得整体结构的周期结构变大，导致结构产生的谐振频率随着结构尺寸的变大而逐渐向低频漂移。随频率的增加，其反射率有衰减的趋势。同时，由于凹凸的程度，使得一个周期结构内的小结构尺寸在变小。增加了结构的不平整性，导致其反射率低。在2～6GHz内获得较好的雷达波反射性能，必须增加凹凸结构尺寸。

可见，凹凸结构对雷达波起到了很好的散射作用，使得凹凸结构织物对雷达波的反射率大大降低。且双向收缩导致的凹凸结构均有更好的散射作用，具有各向同性；处理温度越高，获得的双向收缩织物的凹凸结构程度越强烈，对雷达波的散射作用越强。

10.3.5.3　两种结构的对比

凹凸结构织物和切花织物，其实都是通过结构形成对电磁波的反射及散射，原理都是一样的。只是凹凸结构是连续的、没有破坏织物的整体结构；而切花则破坏了织物原有的结构。

图10-12和图10-17分别为不锈钢切花织物及凹凸结构织物的反射率。可知，切花织物在2～8GHz的低频段表现优异，反射率基本在-5dB以下，且在6～7GHz出现了谐振峰，峰值达到-30dB。

通过嵌入收缩丝织造的不锈钢织物，经过热处理后导致的凹凸结构织物，具有和切花不锈钢织物一样好的反射率。在8GHz以后的高频段表现优异，谐振峰也向高频漂移，出现在14GHz左右，峰值达到-35dB。这和两种织物的结构单位尺寸密切相关。2～18GHz对应1.67～15cm的波长，2～8GHz对应15～3.75cm波长。结构单元必须和1/4波长相当，才能有效对该波长的电磁波进行拦截和反射。

为了提高从2～18GHz的反射率不大于-5dB的吸波带宽，需要使低频段的反射率变低。通过改变不锈钢纤维的导电性，当不锈钢纤维的导电性比较小、电阻比较大时，能够提高整体的反射率。但当电阻增大时，能够克服自身束缚的电子数目会减小，因此，在对不锈钢丝的电导率进行选取时，要有一定的限制。同时，在周期结构变大的同时，可以适当增加内部结构的不平整度，能够使反射率得到很大程度的降低。

除了这两种结构，立体间隔织物、立绒织物、毛圈织物等，都可以在一定程度上实现对雷达波的良好散射。

10.3.5.4　服装RCS缩减

为了体现设计的凹凸结构织物服装的RCS缩减性能，以着金属纤维织物服装样品进行对比，如图10-18（a）中的状态A。在该织物服装上套穿待测凹凸结构织物样品，获得状态B，如图10-18（b）所示。

图10-18　人台模型测试状态

测试时，模型置于透波泡沫支架上，电磁波入射方位角0°为正对人台面部方向，不同状态下人台模型测试姿态保持一致。

测试结果见图10-19～图10-21。可见，在2～18GHz频段内，状态A的RCS平均都在15dBsm以上，状态B的RCS平均都在-5dBsm以下。

测试使用的人台为石膏，为透波的高分子材料。而实际上，人体的RCS大约为1m2，即0。状态B和状态A均具有同样的人体着装外形，具有可比性。采用状态B的数值减去状态A的数值，即得到状态B对于状态A的RCS缩减情况，如图10-22所示。可见，在2～18GHz范围内，人体着凹凸织物服装后的RCS缩减在-15dBsm以下，RCS相当于缩减了97%。根据雷达探测距离公式可知，在该RCS缩减值下，雷达探测距离减小57%。

图10-19　人台模型的RCS

图10-20　状态A人台RCS扫频曲线（极化：HH）

图10-21　状态B人台RCS扫频曲线（极化：HH）

图10-22　状态B相对于状态A的RCS缩减效果

状态B减去人台的RCS值，然后进行平滑处理后，得到如图10-23所示的缩减效果。在2～18GHz范围内，RCS缩减基本在-3dB以下，相当于RCS缩减了50%以上。但是，由于人台着战斗携行具的外形和状态B的外形存在显著差异，而外形对RCS的影响巨大，所以，难以进行有效的比较，该值仅供参考。

图10-23　状态B相对于人台的RCS减缩效果（极化：HH）