可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超材料全介質(zhì)頻率選擇表面設計技術領域,具體涉及一種可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法。
【背景技術】
[0002]頻率選擇表面(Frequency Selective Surface,F(xiàn)SS)是對電磁波具有濾波作用的周期性結構。一般來說,典型的頻率選擇表面是:周期性地排列金屬單元的貼片型和在金屬屏上周期性開孔的孔徑型?,F(xiàn)在大部分頻率選擇表面都是基于金屬結構設計的,金屬結構雖有諸多優(yōu)點,但在抗氧化性、耐腐蝕、耐高溫以及高功率等方面仍具有缺點,因此使用全介質(zhì)材料,如陶瓷材料可以避免以上問題。一般情況下,一種結構的頻率選擇表面只能實現(xiàn)一種效果,那么如何設計一種可重構頻率選擇表面來一次性實現(xiàn)多種選擇效果,尤其是工作頻帶相連的效果是需要設計解決的問題。
[0003]微波陶瓷是一類具有較好電磁性能的陶瓷材料。但是,把陶瓷這種全介質(zhì)作為頻率選擇表面的研究卻較少。尤其是利用機械實現(xiàn)可重構效果的研究更是鮮見。關于陶瓷結構的頻率選擇表面的前期研究發(fā)現(xiàn):基于陶瓷設計出的全介質(zhì)超材料頻率選擇表面具有較好的性能,且在抗氧化、耐腐蝕、耐高溫以及高功率等方面具有潛在的應用價值。
[0004]基于以上分析,設計了基于微波陶瓷結構的機械可重構頻率選擇表面。結果顯示該頻率選擇表面具有良好的機械可重構特性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法,通過設計制備介電常數(shù)在20-400,損耗在0.0001-0.01之間的微波陶瓷,將陶瓷粉體壓制成特殊結構,利用此特殊結構不同的表面對入射電磁波可產(chǎn)生不同的頻率選擇特性,且產(chǎn)生的不同頻率選擇特性在頻段上具有相連型,對這種結構實施機械轉動,制作成可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面。
[0006]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法,通過設計制備介電常數(shù)在20-400,損耗在0.0001-0.01之間的微波陶瓷,將陶瓷粉體壓制成特殊結構,并實施機械轉動;具體包括如下步驟:
[0008]S1、按0.7Ba0.6Sr0.4Ti03—0.3La(Mga5Tia5)03化學計量比稱取分析純的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭,分別置于150°C條件下干燥10小時;
[0009]S2、將步驟S1處理后的原料在無水乙醇中以Zr02球為媒質(zhì)行星球磨24小時后,烘干研磨,得無水碳酸鋇粉料、無水碳酸鍶粉料、二氧化鈦粉料、二氧化鈦預燒粉料、氧化鎂預燒粉料和氧化鑭預燒粉料;
[0010]S3、將所得的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦粉料在1200°C空氣中預燒2小時保溫2小時;將所得的二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭預燒粉料在1400°C空氣中預燒2小時保溫2小時,將得到的兩種粉料過篩烘干;
[0011]S4、將兩種粉料分別以體積比7: 3的比例在無水乙醇中再次行星球磨12小時后,混合烘干,加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目篩),在300MPa壓力下干壓成型為直徑12_,厚度1.0mm的圓片還體以及十字形還體;
[0012]S5、將坯體在空氣中緩慢升溫至550°C,保溫2小時排除PVA后,將坯體在1500°C空氣中保溫燒結4小時,得致密陶瓷,用圓柱形陶瓷測定陶瓷的介電常數(shù)為110,損耗為0.0015 ;
[0013]S6、將獲得的十字形陶瓷用砂紙和研磨稿精修至統(tǒng)一厚度。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]本發(fā)明制備工藝簡單,成本低,且具有強的實用性,所得可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕及高功率等優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例所得可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面的構型圖(狀態(tài)1)。
[0017]圖2為本發(fā)明實施例所得可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面的構型圖(狀態(tài)2)。
[0018]圖3為本發(fā)明實施例所得可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面的不同構型(狀態(tài)1和狀態(tài)2)下的電磁散射參數(shù)。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白,以下結合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0020]實施例
[0021]S1、按0.7Ba0.6Sr0.4Ti03—0.3La(Mga5Tia5)03化學計量比稱取分析純的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭,分別置于150°C條件下干燥10小時;
[0022]S2、將步驟S1處理后的原料在無水乙醇中以Zr02球為媒質(zhì)行星球磨24小時后,烘干研磨,得無水碳酸鋇粉料、無水碳酸鍶粉料、二氧化鈦粉料、二氧化鈦預燒粉料、氧化鎂預燒粉料和氧化鑭預燒粉料;
[0023]S3、將所得的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦粉料在1200°C空氣中預燒2小時保溫2小時;將所得的二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭預燒粉料在1400°C空氣中預燒2小時保溫2小時,將得到的兩種粉料過篩烘干;
[0024]S4、將兩種粉料分別以體積比7: 3的比例在無水乙醇中再次行星球磨12小時后,混合烘干,加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目篩),在300MPa壓力下干壓成型為直徑12mm,厚度1.0mm的圓片還體以及十字形還體(如圖1-2所示);
[0025]S5、將坯體在空氣中緩慢升溫至550°C,保溫2小時排除PVA后,將坯體在1500°C空氣中保溫燒結4小時,得致密陶瓷,用圓柱形陶瓷測定陶瓷的介電常數(shù)為110,損耗為
0.0015 ;
[0026]S6、將獲得的十字形陶瓷用砂紙和研磨稿精修至統(tǒng)一厚度,并實施機械轉動,制作成可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面。
[0027]使用矢量網(wǎng)絡分析儀對所得十字形陶瓷進行性能測試,發(fā)現(xiàn)其在機械轉動的情況下,不同面對于入射的電磁波具有不同的頻率選擇特性,且不同的選擇特性在頻率上具有相連性。其中,使用CST2011軟件進行仿真測試。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以作出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法,其特征在于,通過設計制備介電常數(shù)在20-400,損耗在0.0001-0.01之間的微波陶瓷,將陶瓷粉體壓制成特殊結構,并實施機械轉動; 具體包括如下步驟: S1、按0.7Ba0.6Sr0.4Ti03—0.3La(MgQ.5Tia5)03化學計量比稱取分析純的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭,分別置于150°C條件下干燥10小時; S2、將步驟S1處理后的原料在無水乙醇中以Zr02球為媒質(zhì)行星球磨24小時后,烘干研磨,得無水碳酸鋇粉料、無水碳酸鍶粉料、二氧化鈦粉料、二氧化鈦預燒粉料、氧化鎂預燒粉料和氧化鑭預燒粉料; S3、將所得的無水碳酸鋇、無水碳酸鍶、二氧化鈦粉料在1200°C空氣中預燒2小時保溫.2小時;將所得的二氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭預燒粉料在1400°C空氣中預燒2小時保溫2小時,將得到的兩種粉料過篩烘干; S4、將兩種粉料分別以體積比7: 3的比例在無水乙醇中再次行星球磨12小時后,混合烘干,加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目篩),在300MPa壓力下干壓成型為直徑12mm,厚度1.0mm的圓片還體以及十字形還體; S5、將坯體在空氣中緩慢升溫至550°C,保溫2小時排除PVA后,將坯體在1500°C空氣中保溫燒結4小時,得致密陶瓷,用圓柱形陶瓷測定陶瓷的介電常數(shù)為110,損耗為.0.0015 ; S6、將獲得的十字形陶瓷用砂紙和研磨稿精修至統(tǒng)一厚度,并實施機械轉動,制作成可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可重構超材料全介質(zhì)頻率選擇表面的設計方法,通過設計制備介電常數(shù)在20-400,損耗在0.0001-0.01之間的微波陶瓷,將陶瓷粉體壓制成特殊結構,利用此特殊結構不同的表面對入射電磁波可產(chǎn)生不同的頻率選擇特性,且產(chǎn)生的不同頻率選擇特性在頻段上具有相連型,對這種結構實施機械轉動,制作成可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面。本發(fā)明制備工藝簡單,成本低,且具有強的實用性,所得可重構全介質(zhì)超材料頻率選擇表面具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕及高功率等優(yōu)勢。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/468
【公開號】CN105272216
【申請?zhí)枴緾N201510682688
【發(fā)明人】王軍, 屈紹波, 李立揚, 王甲富, 馬華, 杜紅亮
【申請人】中國人民解放軍空軍工程大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月13日