一种磁性吸波贴片缩比模拟复合材料配制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标与环境电磁散射特性研究中的电磁缩比模拟复合材料设计与构 造领域，涉及一种电磁缩比模拟复合材料，具体涉及一种磁性吸波贴片缩比模拟复合材料 配制方法。
【背景技术】
[0002] 雷达散射截面精确测量是雷达探测、目标识别和电子战技术的重要研究手段，在 提升我国武器系统的防御能力以及新型隐身武器系统的研制中发挥着举足轻重的作用。通 常的测量方法主要有全尺寸实测法和电磁缩比测量法。由于外场全尺寸实测法存在着真实 目标获取困难、可控性性差、测试成本极其昂贵等难以克服的障碍。因此，电磁缩比测量法 被广泛应用在目标和环境的雷达散射截面的测量之中。对于电磁缩比测量，为了能够准确 地得到原型目标的雷达散射截面，要求缩比模型与原型目标保持电尺寸比例不变，更重要 的是保证它们电磁散射特性相同。因此，电磁缩比材料的研制成为缩比测量技术的关键。 随着以隐身飞机为代表的隐身武器系统的出现，电磁吸波材料正受到各个国家越来越多的 关注。与电损耗型吸波相比，磁损耗型更能符合隐身材料"薄、轻、宽、强"的发展要求。然 而，绝大多数材料在缩比测量的频率范围内无法保持磁性能，导致了在测试频率下难以获 得与原型材料在原型测试频率下的电磁参数。国防专利"一种非金属目标电磁散射特性缩 比测试方法"（专利号：ZL200710081915.X)、国防专利"一种用于电磁散射特性测试的海水 缩比模拟材料制造方法"（专利号：201218005632. 90)、国防专利"亚毫米波波段的非金属 材料制备方法及系统"（专利号：201318007995. 00)以及国防专利"高介电常数海水缩比模 拟复合材料加工方法"（专利号=201318007991. 20)都进行了电磁缩比材料配制方法的研 究，这些专利中配制的材料都是非磁性材料，只需对介电常数进行设计，使之与原型材料在 原型测试频率处的介电常数相同或接近，这种缩比材料的设计方法不适合磁性材料的缩比 设计，而且设计材料配方时采用的公式为一般的等效媒质理论公式，这些公式不适合高浓 度混合等效电磁参数的计算，而且填充的颗粒往往是球形颗粒，对各向异性的填充颗粒计 算时误差将更大。
[0003] 因此，磁性吸波材料的缩比模拟复合材料的研制亟待解决。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的提供一种磁性吸波材料的缩比模拟复合材料的研制方法，采用混合 物等效电磁参数计算方法，能对高浓度各向异性的颗粒混合物进行等效电磁参数进行计 算，并在此基础上进一步提出缩比模拟复合材料斜角反射率优化设计方法，可以有效地解 决包括磁性吸波材料在内的缩比模拟复合材料设计与制备难题，从而为推动雷达散射截面 缩比测量技术的发展做出贡献。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供了 一种磁性吸波贴片缩比模拟复合材料配制方法， 其包含如下步骤：
[0006] 步骤1，确定模拟复合材料中电磁颗粒与粘结剂的混合比例：在给定厚度范围内， 通过对不同配方的模拟复合材料在缩比频率处的斜角反射率进行计算，找出与磁性吸波贴 片原型材料在原型频率下的斜角反射率最为接近的模拟复合材料，确定该模拟复合材料的 配方，即，其中电磁颗粒的浓度（电磁颗粒与粘结剂的相对比例）和相应的材料厚度；
[0007] 步骤2,按上述确定的混合比例称量电磁颗粒与粘结剂；
[0008] 步骤3,加料、混炼：混炼过程包括包辊、吃粉和翻炼三个阶段，在混炼过程，辊速 控制在16~18r/min内，速比一般为1:1. 1~1:1. 2之间，辊温一般能超过50°C;
[0009] 步骤4,硫化：在温度为180°C，压力为lOMPa下模压硫化5min左右，取出，冷却至 室温，放置一段时间，得到硫化片；
[0010] 步骤5,热处理：将硫化片在温度为200°C，放置4~6小时，取出冷却，得到缩比模 拟用磁性吸波贴片。
[0011] 上述的方法，其中，吸波材料的斜角反射率与电磁波的极化方式有关，当电磁波为 横电波时，电磁波的电场分量与电磁波传播方向和贴片法线方向构成的平面垂直，磁场分 量在该平面内，此时斜角反射率可以通过以下公式计算获得：
[0012]
[0013]
[0014] 其中，RL(TE)代表电磁波为横电波时的斜角反射率，RUReflectionsLoss)为反 射损耗效率，也就是反射率，由于在斜入射的情况下，RL是入射角Θ的函数，因此这时的RL 就是斜角反射率；Z。代表空气的特性阻抗，其大小为377Ω;Ζιη代表电磁波在材料表面的输 入阻抗；f代表入射电磁波的频率；C代表电磁波在真空中的传播速度；Θ代表电磁波入射 角；d代表吸波材料的厚度；\代表吸波材料等效复介电常数；μ1^代表吸波材料等效复磁 导率。
[0015] 上述的方法，其中，当电磁波为横磁波时，电磁波的电场分量在电磁波传播方向和 贴片法线方向构成的平面内，磁场分量与该平面垂直，此时斜角反射率可以通过以下公式 计算获得：
[0016]
[0017]
[0018] 其中，RL(ΤΜ)代表电磁波为横磁波时的斜角反射率；Ζ。代表空气的特性阻抗，其大 小为377Ω;Ζιη代表电磁波在材料表面的输入阻抗；f代表入射电磁波的频率；C代表电磁 波在真空中的传播速度；Θ代表电磁波入射角；d代表吸波材料的厚度；ε^代表吸波材料 等效复介电常数；μ1^代表吸波材料等效复磁导率；等效复介电常数或等效复磁导率是指在 宏观上将复合材料等效成某种单一材料，并且保证单一材料储存电场或磁场的能力与复合 材料完全相同，这时单一材料的复介电常数或复磁导率的大小就是复合材料等效复介电常 数或等效复磁导率的值。
[0019] 上述的方法，其中，所述的吸波材料等效复介电常数、吸波材料等效复磁导率的计 算方法为：将电磁颗粒按不同的添加比例与粘结剂混合，制备电磁参数测试用的同轴样件， 测试获得电磁参数测试数据；然后将最高浓度的复合材料的测试等效电磁参数作为基底的 电磁参数，而粘结剂的电磁参数作为微粒的电磁参数，通过向高浓度复合材料中添加粘结 剂的方式来实现低浓度复合材料的等效电磁参数计算，所述的吸波材料等效复介电常数、 吸波材料等效复磁导率通过如下公式计算：
[0020]
[0021] υ=ap^+bp+c
[0022] 式中，ΦβΗ表示复合材料的等效介电常数或磁导率；Φi表示为微粒的电磁参数； 在这表示为最高浓度的复合材料的等效电磁参数；P表示计算低浓度复合材料等效电磁 参数时向高浓度复合材料中所需要添加的粘结剂的含量；a、b和c为拟合参数，通过对测试 的各个浓度的复合材料等效电磁参数拟合计算而获得。
[0023] 上述的方法，其中，原型材料和缩比模拟材料都是单层结构，而且材料的电磁特性 是各向同性。
[0024] 上述的方法，其中，缩比模拟复合材料填充的颗粒为具有各向异性的形体。
[0025] 上述的方法，其中，缩比模拟复合材料的粘结剂为硅橡胶；所述的电磁颗粒为具有 各向异性形体的片形羰基铁粉。
[0026] 上述的方法，其中，所述的吸波材料等效复介电常数、吸波材料等效复磁导率通过 如下公式计算：
[0027]
[0028] υ =ap2+bp+c
[0029] 其中，Φ#表示所需浓度混合物的等效介电常数或磁导率；Φi为纯橡胶的电磁参 数；Φη为颗粒体积分数为47. 44%的片形羰基铁/硅橡胶混合物的测试等效电磁参数；p为 得到所需浓度混合物时需要向颗粒体积分数为47. 44%的片形羰基铁/硅橡胶混合物添加 纯硅橡胶的体积分数；a、b和c为拟合参数，通过对纯硅橡胶样件以及含有颗粒体积分数分 别为7. 71 %、17. 32 %、21. 93 %、29. 06 %和47. 44%片形羰基铁/硅橡胶混合物按上述进行 拟合计算，得到a= 2. 3640、b= 4. 6191、和c= -4. 8