一種基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雷達(dá)目標(biāo)特性測(cè)試技術(shù)中的復(fù)合材料配制方法，具體地，設(shè)及一 種基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著復(fù)合材料飛機(jī)、艦船和車輛的大量出現(xiàn)，武器系統(tǒng)迫切需要獲得目標(biāo)探測(cè)、識(shí) 別與跟蹤所需的目標(biāo)特性信息，因此針對(duì)復(fù)合材料目標(biāo)特性測(cè)試技術(shù)得到了越來越多的重 視。然而傳統(tǒng)的目標(biāo)特性全尺寸測(cè)試在模型制作上耗費(fèi)巨大，且受限于測(cè)試場(chǎng)地的限制；縮 比測(cè)試則在復(fù)合材料電磁縮比構(gòu)造上存在瓶頸，只能獲得全金屬目標(biāo)的電磁散射數(shù)據(jù)，與 真實(shí)目標(biāo)相比誤差較大，亟待突破復(fù)合材料電磁縮比測(cè)試技術(shù)，獲得更加精確的目標(biāo)特性 數(shù)據(jù)。
[0003] 金屬材質(zhì)電磁縮比技術(shù)已經(jīng)在測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。隨著復(fù)合材料在先進(jìn)武器 裝備中的廣泛應(yīng)用，僅考慮金屬材質(zhì)縮比已不能準(zhǔn)確地反映目標(biāo)的雷達(dá)特性。復(fù)合材料電 磁縮比方法是實(shí)現(xiàn)隱身雷達(dá)目標(biāo)模擬測(cè)量、便捷獲取其散射特性的關(guān)鍵。復(fù)合材料電磁縮 比由于其有限導(dǎo)電特性，金屬材質(zhì)電磁縮比理論已不在適用。
[0004] 由縮比原理可知，在對(duì)復(fù)合材料電磁參數(shù)（復(fù)數(shù)形式）進(jìn)行縮比時(shí)，需要保持電磁 參數(shù)不變。即：縮比之后，縮比材料傳導(dǎo)率是原始材料傳導(dǎo)率的n倍（n為縮比系數(shù)，n> 1)。 在工程上，保持電磁參數(shù)不變是很困難的，特別當(dāng)材料同時(shí)具有電損與磁損兩種特性的時(shí) 候使，進(jìn)一步加大了配制的難度。
[0005] 為了保持目標(biāo)散射特性的精確測(cè)量，需要維持縮比材料在一定的角度范圍內(nèi)與原 始材料一致?？蒞采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案獲取縮比材料的電磁參數(shù)。在獲取縮比材料的電磁參 數(shù)之后，控制電磁參數(shù)的配置精度是復(fù)合材料縮比測(cè)試的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于復(fù)合材料電磁縮比測(cè)試的材料配制方法，在優(yōu)化設(shè) 計(jì)縮比材料介電常數(shù)的基礎(chǔ)上，獲取縮比材料的電磁參數(shù)，開展基于等效媒質(zhì)理論的縮比 復(fù)合材料配制，控制電磁參數(shù)的配置精度。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配 制方法，其中，該方法包含：步驟1，計(jì)算原始材料的反射系數(shù)：根據(jù)原始頻段材料的電磁參 數(shù)計(jì)算出原始材料的水平極化、垂直極化的反射系數(shù)；步驟2,對(duì)混合材料進(jìn)行電磁參數(shù)測(cè) 試：根據(jù)縮比要求，在縮比頻段進(jìn)行若干不同配比的混合材料的電磁參數(shù)測(cè)試；步驟3,建 立混合材料的不同配比的電磁參數(shù)庫(kù)：將電磁參數(shù)測(cè)試結(jié)果與等效媒質(zhì)理論結(jié)合，修正得 到混合材料不同配比的電磁參數(shù)庫(kù)；步驟4,電磁參數(shù)優(yōu)化：根據(jù)原始頻段材料的反射系 數(shù)，對(duì)混合材料進(jìn)行優(yōu)化，W得到在寬角范圍內(nèi)反射特性與原始頻段材料一致的結(jié)果，再通 過電磁參數(shù)庫(kù)得到縮比復(fù)合材料的配比方案。
[0008] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的電磁參數(shù) 包含介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等。
[0009] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其 中，所述的水平極化、垂直極化的反射系數(shù)根據(jù)W下公式計(jì)算：水平極化 的反射系數(shù)
垂直極化的反射系數(shù)
?；蛘咭部蒞通過商用軟件計(jì)算特定厚度的復(fù)合材料 反射系數(shù)。
[0010] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的公式中， 丄、//分別表示垂直極化和水平極化：
為多層介質(zhì)材料的傳輸矩陣，Z。為自由空間 的波阻抗。
[0011] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的等效媒質(zhì) 理論，根據(jù)縮比系數(shù)獲取測(cè)試的工作頻段，在此工作頻率下，對(duì)于柱狀顆粒復(fù)合體系的公式 為：有效介電常數(shù)
，該公式主要適用 低滲雜比，對(duì)于高滲雜比的材料配制，往往需要通過修正該公式W期待獲取準(zhǔn)確的預(yù)估電 磁參數(shù)?，F(xiàn)有的修正方法有多種，引入修正因子，測(cè)試參數(shù)擬合或逐步迭代是典型的求解方 案。優(yōu)選地采用測(cè)試結(jié)果與理論仿真相結(jié)合的參數(shù)迭代方法。等效媒質(zhì)理論往往基于一定 的條件假設(shè)，運(yùn)使得混合材料電磁參數(shù)的預(yù)估常常存在一定的誤差，為了更好的擬合不同 配比材料的電磁特性，借助測(cè)試數(shù)據(jù)是一種合理的技術(shù)方案。
[0012] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的公式中， 為粒子即分散相介電常數(shù)，e。為基體介電常數(shù)，0為粒子含量，Nik表示粒子的極化性 能。
[001引上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述 的粒子的極化性能由其在空間的3個(gè)軸向極化因子Nik來確定；由公式可得，
[0014] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的公式中， 曰1、曰2、曰3為粒子3個(gè)軸向的長(zhǎng)度，且有NIi+Ni2+Nn= 1。
[0015] 上述的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，其中，所述的對(duì)混合材 料進(jìn)行優(yōu)化，是對(duì)混合材料的厚度、層數(shù)和每層材料的滲雜比例進(jìn)行優(yōu)化，得到在寬角范圍 內(nèi)反射特性與原始頻段材料一致的混合材料的厚度、層數(shù)和每層材料的滲雜比例，再根據(jù) 其電磁參數(shù)，從電磁參數(shù)庫(kù)中得到縮比復(fù)合材料的配比方案。另外，多相滲雜W及超材料等 都可W作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的輔助手段。
[0016] 本發(fā)明提供的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 該方法通過電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲取滿足縮比關(guān)系、工程可實(shí)現(xiàn)的混合材料，滿足 縮比測(cè)試的精度要求，是一種行之有效的復(fù)合材料電磁縮比測(cè)試方案。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法的實(shí)施例1中垂 直極化反射系數(shù)隨俯仰角變化曲線圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法的實(shí)施例1中水 平極化反射系數(shù)隨俯仰角變化曲線圖。
[0020] 圖3基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法的實(shí)施例1中垂直極化RCS 隨俯仰角變化曲線圖。
[0021] 圖4基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法的實(shí)施例1中水平極化RCS 隨俯仰角變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步地說明。
[0023] 本發(fā)明提供的基于電磁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的縮比復(fù)合材料配制方法，包含：
[0024] 步驟1，計(jì)算原始材料的反射系數(shù)：根據(jù)原始頻段材料的電磁參數(shù)計(jì)算出原始材 料的水平極化、垂直極化的反射系數(shù)。電磁參數(shù)包含介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等。
[0025] 水平極化、垂直極化的反射系數(shù)根據(jù)W下公式計(jì)算：水平極化的反射系數(shù)
;垂直極化的反射系數(shù)
或 者也可W通過商用軟件計(jì)算特定厚度的復(fù)合材料反射系數(shù)。
[0026] 式中，丄、//分別表示垂直極化和水平極化；
為多層介質(zhì)材料的傳輸矩 陣，Z。為自由空間的波阻抗。
[0027] 步驟2,對(duì)混合材料進(jìn)行電磁參數(shù)測(cè)試：根據(jù)縮比要求，在縮比頻段進(jìn)行若干不同 配比的混合材料的電磁參數(shù)測(cè)試。
[0028] 步驟3,建立混合材料的不同配比的電磁參數(shù)庫(kù)：將電磁參數(shù)測(cè)試結(jié)果與等效媒 質(zhì)理論結(jié)合，修正得到混合材料不同配比的電磁參數(shù)庫(kù)。
[0029] 根據(jù)縮比系數(shù)獲取測(cè)試的工作頻段，在此工作頻率下，通過等效媒質(zhì)理論得到對(duì) 于柱狀顆粒復(fù)合體系的公式為：有效介電常