一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計(jì)算該吸波材料在每個(gè)電磁波頻率下的一、三、五級匹配厚度；C、根據(jù)輸入阻抗計(jì)算公式計(jì)算上述匹配厚度下每個(gè)電磁波頻率對應(yīng)的輸入阻抗；D、根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和/或上述步驟B或C的計(jì)算結(jié)果計(jì)算吸收特性，進(jìn)而制備吸波材料。本發(fā)明專利技術(shù)運(yùn)用匹配厚度模型結(jié)合傳輸線理論，使得電磁波吸波材料的阻抗匹配優(yōu)化更高效，使得吸波材料的制備能夠快速準(zhǔn)確完成，且適用多種電磁波吸波復(fù)合材料。本發(fā)明專利技術(shù)作為一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法可以廣泛應(yīng)用于吸波材料技術(shù)領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法
本專利技術(shù)涉及電磁吸波材料
，尤其是一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
術(shù)語解釋：①金屬背襯雷達(dá)波吸波材料：如圖1所示，吸波材料的電磁特性用磁導(dǎo)率μ′、μ″(μ′為實(shí)部，μ″為虛部)表征，和介電常數(shù)ε′、ε″(ε′為實(shí)部，ε″為虛部)表征；底層為金屬背襯，材料厚度為t。②吸波特性：如圖2所示，吸波特性曲線包含的重要參數(shù)有：1)峰值頻率f0，單位吉赫茲(GHz)；2)反射損耗RL，即電磁波的反射功率和入射功率之比，以分貝(dB)表示；3)吸收帶寬△f，單位GHz。③完全匹配：吸波材料的波阻抗與相鄰空氣介質(zhì)的波阻抗相等，即輸入阻抗等于1狀態(tài)，此時(shí)吸波性能最好。完全匹配點(diǎn)的反射損耗曲線如圖3中反射損耗曲線(b)所示，在完全匹配點(diǎn)，吸波材料的厚度叫完全匹配厚度。④有限匹配：吸波材料的輸入阻抗大于1或小于1，但存在吸收峰，此時(shí)吸波性能較好，但相對于完全匹配的反射損耗值小，有時(shí)甚至小很多。有限匹配反射損耗效果如圖3中的曲線(a),(c),(d)所示。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，吸波材料被廣泛應(yīng)用于通訊，家用電器，計(jì)算機(jī)及國防軍事領(lǐng)域。吸波材料能減小電磁干擾和電磁環(huán)境污染，改變目標(biāo)對電磁波的反射性能，使武器平臺的電磁波反射截面大大降低。在吸波材料的制備中，為了獲得較好或最好的吸波性能，必須進(jìn)行阻抗匹配的優(yōu)化，找出該材料在確定頻率下有限匹配及完全匹配狀態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(厚度)，以及各自對應(yīng)的吸波特性曲線。現(xiàn)有技術(shù)：第一種方法：對鐵氧體材料，日本Naito小組給出計(jì)算公式：μr′′---(1)]]>其中t為樣品厚度，c為光速，f為電磁波頻率，μr″為樣品磁導(dǎo)率虛部。所用的公式(1)是1971年日本Naito小組對鐵氧體材料設(shè)定輸入阻抗為1，作了很多近似之后導(dǎo)出的，不僅沒有普遍性，且隱含了“磁損耗決定吸波特性”的概念，是一種誤導(dǎo)。實(shí)際應(yīng)用該方法進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的幾乎沒有，但在發(fā)表文章中至今仍常被引用。第二種方法：以傳輸線理論為基礎(chǔ)的作圖法。其理論公式為：這種方法假定公式(2)中，在做一定近似情況下，用作圖法可以得到μr′，μr″，εr′，vr″，f，t的關(guān)系，如圖4所示，最終求得材料的完全匹配厚度。但是計(jì)算過程中用了較多的近似，過程復(fù)雜，操作性不強(qiáng)，且只限于討論完全匹配條件下的吸波特性，既不夠準(zhǔn)確，也不能全面評價(jià)材料的吸波特性。圖4為作圖法所得參數(shù)關(guān)系圖示例。第三種方法：以傳輸線理論為基礎(chǔ)的計(jì)算，綜合歸納法，這種方法是利用公式(2)和(3)，任意給定起始厚度，終結(jié)厚度及厚度間隔而計(jì)算其阻抗和吸收特性。其主要缺點(diǎn)是：(1)不能直接找到完全匹配點(diǎn)的頻率和厚度，并對其頻率、帶寬、強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；(2)不能對所選材料直接確定指定頻率下的匹配厚度，只能反復(fù)調(diào)整參數(shù)，逐步接近。每次計(jì)算過程中只能給定一個(gè)厚度，在計(jì)算量不足的情況時(shí)容易漏掉完全匹配厚度，實(shí)驗(yàn)上也是噴一層測一次，如果噴涂得過厚了，只能進(jìn)行打磨。這種方法效率低下，如果要獲得涂層材料的完全匹配頻率，只能進(jìn)行反復(fù)的交叉實(shí)驗(yàn)，周期會很長，嚴(yán)重影響吸波涂層或貼片的生產(chǎn)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的是：提供一種簡潔高效的阻抗匹配優(yōu)化方法，利用這種方法可以確定每種吸波材料的完全匹配點(diǎn)和全部有限匹配點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)，給出完全匹配和全部有限匹配點(diǎn)的頻率、厚度及全部吸波特性參數(shù)，從而使金屬背襯電磁吸波材料的制備更加快速，高效。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計(jì)算上述吸波材料在每個(gè)電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；C、根據(jù)輸入阻抗計(jì)算公式計(jì)算上述匹配厚度下每個(gè)電磁波頻率所對應(yīng)的輸入阻抗；D、根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和/或上述步驟B的計(jì)算結(jié)果和/或步驟C的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算吸波材料的吸收特性，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果計(jì)算給定峰值頻率下的匹配厚度值，進(jìn)而根據(jù)匹配厚度值制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果計(jì)算吸波材料出現(xiàn)吸收峰的厚度范圍，進(jìn)而根據(jù)厚度范圍制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟C中的輸入阻抗計(jì)算公式具體為：其中c是真空中光速，fm是電磁波頻率，dm是吸收層厚度，εr為復(fù)數(shù)介電常數(shù)，μr為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率。進(jìn)一步，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和步驟C的計(jì)算結(jié)果計(jì)算是否存在完全匹配點(diǎn)，若是則確定完全匹配點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和步驟C的計(jì)算結(jié)果計(jì)算完全匹配點(diǎn)的厚度、頻率或厚度與頻率的乘積，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟C的計(jì)算結(jié)果計(jì)算吸波特性曲線，進(jìn)而得出對應(yīng)的吸收峰頻率、反射損耗強(qiáng)度和吸收帶寬，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料。進(jìn)一步，所述步驟A中吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量獲得。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)按照網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)，建立多重匹配厚度模型，計(jì)算在各種匹配厚度情況下吸波材料的匹配阻抗，進(jìn)而得到阻抗匹配狀態(tài)下反射損耗曲線峰值點(diǎn)的包絡(luò)線；同時(shí)，根據(jù)阻抗等于1的條件，我們可以得到完全匹配厚度和完全匹配頻率。由于結(jié)合了匹配厚度和阻抗等于1兩方面的計(jì)算，使得阻抗匹配的優(yōu)化相對于已有方法更加簡潔高效，結(jié)果也更加準(zhǔn)確，應(yīng)用本專利技術(shù)所述方法能夠使電磁波吸收材料的制備快速準(zhǔn)確地完成。本專利技術(shù)不僅適用于鐵氧體磁粉復(fù)合材料，還適用于金屬磁粉復(fù)合材料、介電微粉復(fù)合材料及陶瓷塊體材料。附圖說明：圖1金屬背襯電磁波吸波材料結(jié)構(gòu)圖；圖2吸波特性曲線圖；圖3完全匹配和有限匹配吸波特性曲線圖；圖4作圖法所得參數(shù)關(guān)系圖示例；圖5本專利技術(shù)的步驟流程圖；圖6一級匹配厚度與頻率的關(guān)系圖示例；圖7與圖6相對應(yīng)的輸入阻抗與頻率的關(guān)系圖；圖8與圖7相對應(yīng)的完全匹配吸波特性曲線圖；圖9根據(jù)本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的軟件界面圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：參照圖5，一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率μr和復(fù)數(shù)介電常數(shù)εr；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計(jì)算上述吸波材料在每個(gè)電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；匹配厚度計(jì)算：當(dāng)一束電磁波垂直入射到樣品表面，由于樣品阻抗與空氣阻抗不匹配，一部分電磁波被樣品前界面反射，而其余部分電磁波進(jìn)入樣品。進(jìn)入樣品內(nèi)部的電磁波有一部分被材料損耗吸收，而剩余部分則會被樣品背面的金屬板反射后穿出前界面。當(dāng)這兩束反射的電磁波的相位差為180°時(shí)，就會在樣品前界面相互抵本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金屬背襯電磁吸波材料阻抗匹配的優(yōu)化方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計(jì)算上述吸波材料在每個(gè)電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；C、根據(jù)輸入阻抗計(jì)算公式計(jì)算上述匹配厚度下每個(gè)電磁波頻率所對應(yīng)的輸入阻抗；D、根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和/或上述步驟B的計(jì)算結(jié)果和/或步驟C的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算吸波材料的吸收特性，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計(jì)算上述吸波材料在每個(gè)電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；電磁波頻率為fm時(shí)，用該頻率下材料的介電常數(shù)εr，和磁導(dǎo)率μr，計(jì)算匹配厚度tm，所述匹配厚度公式為：其中，c為光速，當(dāng)n＝1、n＝3或n＝5時(shí)，每個(gè)頻率所對應(yīng)的匹配厚度，分別得出吸波材料的一級、三級、五級匹配厚度；C、根據(jù)輸入阻抗計(jì)算公式計(jì)算上述匹配厚度下每個(gè)電磁波頻率所對應(yīng)的輸入阻抗；D、根據(jù)反射損耗強(qiáng)度計(jì)算公式和/或上述步驟B的計(jì)算結(jié)果和/或步驟C的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算吸波材料的吸收特性，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料；所述步驟D中，根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算吸波材料的吸收特性，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果制備吸波材料時(shí)，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果計(jì)算給定峰值頻率下的匹配厚度值，進(jìn)而根據(jù)匹配厚度值制備吸波材料；或根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果計(jì)算吸波材料出現(xiàn)吸收峰的厚度范圍，進(jìn)而根據(jù)厚度范圍制備吸波材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計(jì)算的優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟C中的輸入阻抗計(jì)算公式為：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李發(fā)伸，汪小明，張曙光，喬亮，王濤，位建強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：蘭州科維電磁材料有限責(zé)任公司，廣州金南磁性材料有限公司，廣州市番禺奧迪威電子有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：