摘要
碳纤维材料重量轻、耐高温，且具有一定的电磁屏蔽能力，成为无人机蒙皮材料的不二之选。无人机蒙皮作为其防护外来电磁干扰的第一道屏障，蒙皮材料的电磁防护性能起着关键作用。近年来，国内外对碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能展开了大量研究，但都是从频域角度分析特定频段的频域屏蔽效能，很少关注强电磁脉冲作用下碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能。 本文以碳纤维复合材料为研究对象，对其频域屏蔽效能以及强电磁脉冲作用下的时域屏蔽效能展开研究。论文主要工作内容及研究成果如下: 1.碳纤维材料的时频域屏蔽效能研究。针对无人机对强电磁脉冲的防护需求，研究其蒙皮材料（碳纤维材料）的电磁特性。根据蒙皮材料的组成及特点，构建了碳纤维复合材料编织结构的等效模型，并通过导电性测试获取其电导率，约为2117.75S/m。利用CST软件对碳纤维材料的时频域屏蔽效能进行数值计算，并分析了铺层数量、线束宽度等对频域屏蔽效能的影响以及在不同强电磁脉冲波形作用下碳纤维材料的时域屏蔽效能，结果表明，碳纤维材料对于HEMP的时域屏蔽效能约为30.4dB，对HPM-UWB的时域屏蔽效能为44.8dB。 2.碳纤维材料频域屏蔽效能测试及时域屏蔽效能计算。基于傅里叶变换及其逆变换原理，介绍了通过频域测试获取时域屏蔽效能和通过时域测试获取频域屏蔽效能的流程和计算方法，并指出时频域转换的关键点。参考GJB6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》测试了碳纤维复合材料的频域屏蔽效能，基于最小相位原理利用频域屏蔽效能计算出碳纤维材料对于两种不同类型强电磁脉冲的时域屏蔽效能，根据计算结果可知，碳纤维材料对HEMP的时域屏蔽效能为27.3dB，对HPM-UWB的时域屏蔽效能为43.3dB，和仿真结果误差在3dB左右，满足电磁兼容的误差要求，并从能量的角度对频域屏蔽效能和时域屏蔽效能的相关性进行了简要分析。 3.碳纤维材料在线缆防护中的应用研究。通过解析计算和数值仿真分析了强电磁脉冲辐照下传输线长度、距地高度和端接阻抗等参数对负载耦合电流的影响。针对机载线缆的脉冲防护需求及特殊背景，仿真分析了碳纤维材料作为传输线屏蔽层时线缆在强电磁脉冲作用下的耦合效应。结果表明，其具有较好的防护能力，以45°/-45°的编织角度为例，对HEMP的时域屏蔽效能可达14.5dB左右，对HPM-UWB的时域屏蔽效能可达25dB左右，虽不及金属屏蔽层的防护效果好，但其重量轻、耐腐蚀的优点，使其在航空航天领域具有广泛的应用前景。
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