基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法与流程

本发明涉及一种复杂结构的电磁缩比材料的制备，具体涉及一种基于生物基材料的地面背景电磁缩比的制备方法，适合于各种军民目标的缩比测试。

背景技术：

目前，目标的电磁散射特性的分析方法主要包括缩比计算与测试和全尺度计算与测试两种，为准确得到原型目标的雷达散射截面(RCS)，缩比模型与原型目标需要保持电尺寸比例不变，更重要的是保证它们电磁散射特征相同。

在现代化军事系统中，飞行器中大量使用复合材料，如碳纤维蒙皮、表面吸波涂层、前缘吸波结构、蜂窝结构、多层结构等，使得过往简单的金属或非金属缩比材料已经很难满足缩比模型的测试和计算需求。地面背景材料作为一类特殊的复合材料，其电磁特性容易受到环境因素(湿度，厚度，土壤分布等)的影响。在电磁缩比测量中，构建满足缩比关系的模型是关键，现有的缩比测量绝大多数都是面向全金属目标，对于具有复合材料的目标模型还较少。这主要是因为材料的电磁参数在频率范围内通常具有色散特性(Frequency Dependent Characteristics)，使得材料的电磁参数在缩比测试频率与原尺寸测试频率处难以保持一致，需要对缩比模型材料重新设计，这成为电磁缩比测量的关键。

目前，针对非金属材料进行缩比设计与制造的方法还比较有限，如专利CN103342167A提出了一种机翼复合材料的缩比模型的制造方法，根据实际飞机设计尺寸，缩比系数及复合材料的性能参数，制造了模型几何外形相似的模具，选择适当的材料参数和加工工艺参数，制造飞机机翼的复合材料缩比模型，包括翼梁和翼肋，利用金属肋连接骨架，该缩比材料仅针对材料的力学性能进行设计和制造，对于后续的电磁散射特性测试还需要进行后续处理，会导致设计复杂；专利CN104407331A提出了一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法与系统，其中方法包括以下步骤，内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，采集船舶缩尺模型的回波信号，进而实现缩比模型的电磁散射特性，该试验方法仅仅对目标船舶进行了缩比，对于背景材料的制备和设计考虑较少，背景环境仍然为原始尺寸的湖面，在缩比中还未涉及湖面表面形貌，如波浪等的影响；专利CN105224762A提出了一种基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，设计过程包括四个步骤，计算原始材料的反射系数，对混合材料进行电磁参数测试，根据缩比要求进行不同配比的混合材料的电磁参数测试，进入她建立混合材料的不同配比的电磁参数库，最后对电磁参数优化，根据原始频段材料的反射系数对混合材料进行优化设计，该专利所提出的方法主要以薄膜型涂覆材料为主，材料底层必须包括金属衬底，对于大厚度的电磁材料并未涉及，同时该方法对于混合材料的类型等并未深入提及。文献“刘铁军，张向阳.有耗目标电磁散射缩比测量的相似律研究[J].电子学报，1992，12:12-19”针对有耗目标缩比模型给出了三个相似法则，采用电磁介质涂覆金属球，对三个相似律进行了验证，结果表明第二、第三相似律可适用于全频段，变换误差小于ldB，对于缩比材料性能的研究还未深入展开研究。文献“孙秦,田薇.大型飞机结构隐身缩比模型计算研究[C].中国航空学会2007年学术年会.0701-03-029.”针对介质体翼型，将介质体等效为在外形上强加一个等效阻抗值，应用阻抗边界条件来进行计算，然而随着阻抗的变大，计算得到的初始模型RCS值与原始模型相比较，其相对误差仍越来越大，对于背景材料并未涉及到。文献“李加亮,顾俊,王晓冰.水泥地面电磁缩比测试技术研究[J].制导与引信.2009，30(2):57-60.”利用复合材料构造技术，制作了水泥地面模拟样本块，对其电磁散射进行测试后初步验证了非金属缩比原理，这为开展地面背景中目标近场电磁散射特性研究提供了新的途径，然而这类材料仅局限于介电型低损耗材料，对于潮湿类的高损耗水泥地面并未深入考虑。

总之，目前进行了电磁缩比材料配制方法的研究，针对非磁性的非金属材料，这种缩比材料的设计方法需要严格控制材料的介电常数和磁导率，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，为达到设定的电磁参数，填充微粒的比例和材料厚度需要严格控制，为适应点频下的缩比测试要求苛刻，实现高精度缩比时的难度会更大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，该方法能够克服已有方法设计缩比测试要求苛刻，难以实现高精度缩比的问题，通过生物约束成型制备电磁微粒，采用电磁参数渐近法、电磁参数比例法或反射系数逼近法设计，并利用电磁微粒制备缩比电磁缩比材料，精确度高，制备方法高效。

为了达到上述目的，本发明提供了基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，该电磁缩比材料的制备方法包含：

第一步，采集地面背景材料，进行地面背景电磁参数测试，获得地面背景材料在不同电磁波频率下的相对复数介电常数和相对复数磁导率；

第二步，固定地面背景材料的电磁波频率，选取地面背景材料的不同厚度，采用传输系数法的逆过程，计算地面背景材料不同厚度下的反射系数；

第三步，以不同组分的生物基电磁微粒的电磁参数为元素，采用插值法扩充各个添加比例下的电磁参数，建立生物基电磁微粒的电磁参数库；以及

第四步，通过电磁参数库和缩比因子，采用电磁参数渐近法、电磁参数比例法或反射系数逼近法中的任意一种方法获得电磁缩比材料的厚度和生物基电磁微粒的添加比例，制备电磁缩比材料。

其中，所述的生物基电磁微粒采用复合生物约束成型工艺制备。

所述的第一步中，地面背景电磁参数测试通过采集地面材料，制备成标准同轴样件，利用矢量网络分析仪进行测试，获得地面背景的相对复数介电常数和相对复数磁导率。

所述的第二步中，地面背景的反射系数计算如下：

通过相对复数介电常数和相对复数磁导率，采用式(1)和(2)计算，得到地面背景材料的波阻抗Z和传播常数γ。

式(1)中，ε_eff为相对复数介电常数，式(2)中，μ_eff为相对复数磁导率；式(1)和式(2)中，γ为电磁波在地面背景材料中的传播常数，Z为地面背景材料的波阻抗，k₀为电磁波在真空中的波数，k₀采用式(3)计算获得；

k₀＝2πf/c (3)

式(3)中，f为电磁波在真空中的频率，c为电磁波在真空中的传播速度；

设置不同的地面背景厚度，采用式(4)和式(5)计算，获得固定频率下的地面背景的反射系数R；

式(4)和式(5)中，j表示虚部因子，j²＝-1，R为反射系数，T为传输系数，d为地面背景的厚度，γ为电磁波在地面背景材料中的传播常数。

所述的复合生物约束成型工艺为化学镀工艺和气相沉积工艺相结合的复合成型工艺；

其中，所述的化学镀工艺指将软磁合金镀于生物微粒的表面，获得电磁微粒；

其中，所述的气相沉积工艺指通过气相沉积在电磁微粒表面包覆高磁性材质。

所述的软磁合金为CoNiP，所述的生物微粒为螺旋藻、球形藻、片性硅藻中的任意一种，所述的高磁性材质为Ni(CO)₅或Fe(CO)₅。

所述的化学镀软磁合金的具体步骤如下:

步骤1：将软磁合金镀液和生物微粒分别在80℃～90℃充分预热，使内部温度达到80℃～90℃，调整pH为8～10；

步骤2：将生物微粒在不断搅拌的情况下加入到软磁合金镀液中，反应开始后迅速置于70℃～80℃的环境中，不断搅拌至反应完全，形成包覆微粒；

步骤3：利用无水乙醇对包覆微粒进行清洗；

步骤4：在120℃～150℃中加热真空干燥，4～8小时后取出，得到电磁微粒。

所述的气相沉积高磁性材质的具体步骤如下：

步骤1：将高磁性材质加热到超过高磁性材质沸点的温度，使该高磁性材质蒸气能迅速分解成金属颗粒和CO气体，将步骤4中所述的电磁微粒置于反应腔内，将反应腔温度加热到250℃并保证其温度恒定；

步骤2：在反应腔内通以氮气，将步骤1中所述的金属颗粒搅拌分散，使步骤4中所述的电磁微粒表面沉积金属颗粒；

步骤3：在沉积过程完成后，继续通氮气直至冷却至室温；

步骤4：将反应得到的表面沉积金属颗粒的电磁微粒用无水乙醇进行清洗，过滤后干燥，获得生物基电磁微粒。

所述的电磁缩比材料为平面结构型电磁缩比材料。

其中，所述的平面结构型电磁缩比材料的具体制备步骤如下：

步骤1：选取喷涂材料为聚氨酯和生物基电磁微粒的混合物，生物基电磁微粒的平均片径为40μm～200μm，聚氨酯和生物基电磁微粒的质量添加比为10％～45％；

步骤2：添加稀释剂和偶联剂，稀释剂和聚氨酯的质量添加比为1：0.5～1：1.2，偶联剂相对于生物基电磁微粒的质量比为1％～2％，将上述的喷涂材料进行搅拌，混合均匀；

步骤3：在步骤2得到的混合喷涂材料中添加多异氰酸酸酯或聚氨酯固化剂，所述的多异氰酸酸酯或聚氨酯固化剂与聚氨酯的质量添加比为10％，采用喷涂的方式喷涂于聚酯薄膜的表面，其中聚酯薄膜的厚度为0.08mm～0.1mm，涂层喷涂的厚度为0.2mm～5mm，得到电磁缩比材料。

所述的电磁缩比材料为曲面结构型电磁缩比材料。

其中，所述的曲面结构型电磁缩比材料的具体制备步骤如下：

步骤1：根据缩比因子确定缩比后的厚度和面积大小，建立缩比地面背景的阳模板模型，以热塑性材料PLA或尼龙为打印材料，对阳模板模型进行三维成型加工；

步骤2：选取浇注材料为液态硅橡胶和生物基电磁微粒的混合物，确定液态硅橡胶和生物基电磁微粒的质量添加比为0～60％；

步骤3：将浇注材料混合，混合时间为20～30min，搅拌速度为100～300r/min，混合均匀后添加硅橡胶固化剂，与硅橡胶的质量添加比为2～10％，搅拌速度为200～300r/min，搅拌时间为1～2min，混合均匀，获得混炼胶；

步骤4：将混炼胶浇注于阳模板模具中，等待硅橡胶固化，然后脱模并修边处理，获得曲面结构型电磁缩比材料。

所述的液态硅橡胶和生物基电磁微粒的具体质量添加比根据所述第四步采用的方法以及液态硅橡胶和生物基电磁微粒的密度确定。

本发明提供的基于生物基材料的地面背景电磁缩比的制备方法，具有以下优点：

本发明的方法采用电磁参数渐近法、电磁参数比例法或反射系数逼近法设计缩比材料，对填充微粒的比例和材料厚度不需要严格控制，比较容易实现；本发明制备的生物基电磁微粒采用生物微粒，包覆高磁性材料，具有低密度和优势外形的特点，而且具有很好的电磁参数可设计性；本发明制备的电磁缩比材料通过采用不同颗粒填充吸波层的设计来实现所需要的吸收性能；本发明所制备的材料可应用于电磁缩比测试的地面环境目标中，也可以应用于海面环境中，以及其他测试背景中，而且还具有很好的抗氧化、耐腐蚀、制造成本低等优点，是一种实现具有应用前景的电磁缩比材料的高效制造方法。

附图说明

图1为本发明中采用生物基电磁颗粒的地面背景电磁缩比材料制备示意图。

图2为本发明中地面背景电磁缩比材料制备流程图。

图3为本发明中地面背景在4GHz处随厚度变化的反射系数曲线图。

图4为本发明中不同添加比例的生物基电磁微粒的电磁参数的曲线图(其中a为介电常数实部，b为介电常数虚部，c为磁导率实部，d为磁导率虚部)。

图5为本发明中生物基电磁微粒质量添加比为26.68％和31.06％的电磁缩比材料在8GHz处随厚度变化的反射系数曲线图(其中a为质量添加比为26.68％，b为质量添加比为31.06％)。

图6为本发明中地面背景在8GHz处随厚度变化的反射系数曲线图。

图7为发明中生物基电磁微粒质量添加比为37.9％和28.8％的电磁缩比材料在16GHz处随厚度变化的反射系数曲线图(其中a为质量添加比为37.9％，b为质量添加比为28.8％)。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图2所示，本发明用于提供基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，该电磁缩比材料的制备方法包含：

第一步，采集地面背景材料，进行地面背景电磁参数测试，获得地面背景材料在不同电磁波频率下的相对复数介电常数和相对复数磁导率；

第二步，固定地面背景材料的电磁波频率，选取地面背景材料的不同厚度，采用传输系数法的逆过程，计算地面背景材料不同厚度下的反射系数；

第三步，以不同组分的生物基电磁微粒的电磁参数为元素，采用插值法扩充各个添加比例下的电磁参数，建立生物基电磁微粒的电磁参数库；

第四步，通过电磁参数库和缩比因子，采用电磁参数渐近法、电磁参数比例法或反射系数逼近法中的任意一种方法获得电磁缩比材料的厚度和生物基电磁微粒的添加比例，制备电磁缩比材料。

其中，生物基电磁微粒采用复合生物约束成型工艺制备。

实施例1

1、地面背景材料电磁参数测试

采集具有代表性的地面背景材料，制备成标准同轴样件，内径为3mm，外径为7mm，厚度为2mm，利用矢量网络分析仪测试，采取的测试方法为同轴试样为标准件的传输反射系数法，得到地面背景材料的相对复数介电常数和相对复数磁导率。

同轴试样为标准件的传输反射系数法，具体如下：

根据测试材料反射系数和传输系数，利用多层材料的传输矩阵方程：

式6中，R为反射系数，T为传输系数，γ_i为电磁波在i层材料的传播常数，n_i为i层材料的折射指数，k₀为电磁波在真空中的波数，k₀采用式(3)计算，

k₀＝2πf/c (3)，

式(3)中，f为电磁波在真空中的频率，c为电磁波在真空中的传播速度。

当材料为单层时，即i＝1，有γ_i＝γ，γ为电磁波在地面背景材料中的传播常数，此时

式7和式8中，Z为电磁波在地面背景材料的波阻抗(归一化值)，由上述公式可以得到：

式(9)中，j表示虚部因子，j²＝-1，d为地面背景的厚度，可以得到：

这样即可得到：

式(1)中，ε_eff为相对复数介电常数，式(2)中，μ_eff为相对复数磁导率。如选择4GHz处的电磁参数，相对介电常数为14，相对介电常数虚部为7，相对复数磁导率为1。

2、地面背景厚度和反射系数评估

如图3所示，在电磁参数为4GHz时，利用传输反射系数法的逆过程，通过相对复数介电常数和相对复数磁导率，计算地面背景不同厚度下的反射系数，计算过程如下：

式(1)中，ε_eff为相对复数介电常数，式(2)中，μ_eff为相对复数磁导率；式(1)和式(2)中，γ为电磁波在地面背景材料中的传播常数，Z为地面背景材料的波阻抗，k₀为电磁波在真空中的波数，k₀采用式(3)计算获得，

k₀＝2πf/c (3)

式(3)中，f为电磁波在真空中的频率，c为电磁波在真空中的传播速度。

设置不同的地面背景厚度，采用式(4)和式(5)计算，获得固定频率下的地面背景的反射系数R；

式(4)和式(5)中，R为反射系数，T为传输系数，d为地面背景的厚度，γ为电磁波在地面背景材料中的传播常数。

可以看出，地面背景的反射系数随着厚度的变化在0～35mm范围内变化比较明显，在35mm厚度以上逐渐趋于固定值，因此可以选取设定厚度为40mm以上的地面背景，反射系数为-4.37dB。

3、生物基电磁微粒的电磁参数库

采用复合生物约束成型工艺制备不同比例的生物基电磁微粒，复合生物约束工艺不仅能够实现高性能吸收剂的制备，同时也能够保证制备过程中的制造效率。采用化学镀工艺和气相沉积工艺相结合的复合生物约束成型工艺，化学镀工艺的可以让生物模板具有一定的电磁性能，同时保证模板结构具备一定的强度和耐热性能，以保证后续生物约束工艺能够实现高性能材质(羰基铁，羰基镍等)的包覆。

电磁参数库的建立以不同添加比例的生物基电磁微粒的电磁参数为元素，采用插值法扩充各个添加比例下的电磁参数，质量添加比为0％～60％，获得生物基电磁微粒的电磁参数库。如图4所示，电磁参数库可获得不同电磁参数下生物基电磁微粒的介电常数实部(见图4的a)、介电常数虚部(见图4的b)、磁导率实部(见图4的c)和磁导率虚部(见图4的d)的数据和曲线图。

生物基电磁微粒的制备具体如下：

(1)化学镀CoNiP

化学镀工艺主要包括3个步骤：活化、解胶和化学镀，磁性镀层选用磁性金属，如CoNiP、NiP或Cu等。

化学镀CoNiP的具体步骤如下：

首先，将CoNiP镀液和硅藻土分别在80℃～90℃水浴锅中充分预热，使内部温度达到80℃～90℃，采用20g/L的NaOH溶液进行调整pH为8～10。

其次，将硅藻土在不断搅拌的情况下加入到CoNiP镀液中，反应开始后迅速放入70℃～80℃水浴中，不断搅拌至反应完全，形成包覆微粒。

然后，利用无水乙醇对包覆微粒进行清洗。

最后，在真空干燥箱中120℃～150℃加热干燥，4～8小时后取出，得到电磁微粒。

化学镀工艺的可以活化生物模板具有一定的电磁性能，同时保证模板结构具备一定的强度和耐热性能，以保证后续生物约束工艺能够实现对高性能材质，如羰基铁、羰基镍等，进行包覆。

(2)气相沉积包覆Fe材质

气相沉积工艺的主要目是把高磁性材质(羰基铁，羰基镍等)包覆于电磁微粒之上，以获得性能更为优异的生物基电磁微粒。

气相沉积包覆Fe材质的具体步骤如下：

首先，考虑羰基金属蒸气反应剧烈，将Fe(CO)₅蒸气加热到90℃，此温度超过蒸气的沸点，使该蒸气能迅速分解成金属颗粒和CO气体。将电磁微粒置于反应腔内，反应腔内温度加热到250℃并保证其温度恒定。

其次，在反应腔内通以氮气防止包覆的金属颗粒氧化，用搅拌桨搅拌使金属颗粒分散，分散速度为30r/min。

然后，在沉积过程完成后继续通氮气直至冷却至室温。

最后，将反应得到的包覆金属颗粒的电磁微粒用无水乙醇进行清洗，过滤后放入干燥箱内干燥，获得生物基电磁微粒。

4、电磁缩比材料的电磁设计

电磁缩比材料电磁设计的方法主要有三种：(1)根据电磁参数库中的电磁参数和不同样件下的结构特征来选取缩比材料的电磁参数，如地面背景的厚度不大，可以采用电磁参数渐近法选取合适的电磁参数，电磁参数渐近法主要是基于电磁参数与地面背景电磁参数接近的原则，插值计算出材料的组分，如果可行即可根据缩比因子确定缩比材料的厚度即可；(2)通常情况下，要找到具有和原型地面背景电磁参数一致的材料是有困难的，因此可以考虑电磁参数比例法，该方法针对的地面背景材料为厚度比较薄的情况，只需要选取同样厚度的缩比材料，保持电磁缩比材料的电磁参数为原型材料的倍数，该倍数为缩比因子的倒数；(3)如果原型地面材料的厚度较大，采用前两种方法仍然难以找到合适的生物基电磁微粒的配方，可以选取反射系数逼近方式来构造地面背景缩比材料，该方法保持了材料的反射特性一致的要求，在多数情况下也可以应用于缩比材料的构造。

电磁缩比材料电磁设计方法具体如下：

如图4所示，选取缩比因子为1：2，即选取8GHz的不同比例生物基电磁微粒的电磁参数，可以看出生物电磁微粒在该频点的复数磁导率接近1，而介电常数在40wt％和50wt％质量添加比下，介电常数实部分别为19.49和23.698(见图4的a)，介电常数虚部分别为3.94和7.71(见图4的b)，经过计算可以得到对应介电常数实部为14时，材料质量添加比为26.68wt％，此时材料的介电常数虚部为2.63。

此时，对应电磁缩比材料在不同厚度下的材料反射系数曲线如图5的a所示，可以看出材料的反射系数随着厚度的增加仍然会趋于固定值，反射系数为-4.69dB，这是由于材料的介电常数虚部过小导致的，可以看出此时选取电磁参数逼近法偏差较大，并不适合。

如果采用电磁参数比例选择法，可以看出质量添加比为40wt％和50wt％时的介电损耗正切值，即介电常数虚部/介电常数实部，分别为3.94/19.49和7.71/23.698，两值均小于地面环境的介电损耗正切值，此时不便于进行电磁参数比例选择。

考虑采用反射系数逼近法进行插值计算，利用电磁参数库中的电磁参数进行插值计算选择，再通过筛选，可以看出当选取介电常数为16和3.10时，质量添加比为31.06wt％，此时的缩比材料反射系数随厚度的变化曲线如图5的b所示，可以看出此时的电磁缩比材料的反射系数随着厚度的增加，趋于稳定值-4.36dB，与原型地面背景材料的实际的反射系数相差比例不足0.2％，可以用于地面背景缩比材料中，厚度选取40mm以上即可。

5、缩比材料制备

由于材料的厚度较大，达到40mm，故将其视为曲面结构型电磁材料，采用三维成型技术进行制备，三维成型工艺能够直接制备出所需缩比电磁材料的阳模板，在阳模板表面经过浇注成型即可获得具有地面相似结构的缩比模型。曲面结构型电磁缩比材料具体步骤如下：

首先，建立曲面地面背景的三维数字模型，根据缩比因子确定缩比后的厚度和面积大小，建立缩小的地面背景模型，并建立缩比地面背景的阳模板模型。

其次，以PLA(聚乳酸)或尼龙等热塑性材料作为打印材料，对阳模板模型进行三维成型加工。三维成型加工具体步骤如下：

步骤1：清洗打印平台，表面涂覆打印胶水(优选氰基丙烯酸乙酯)，涂覆次数为2～4次，涂覆厚度为0.1～0.3mm(优选0.1mm)；

步骤2：选择打印线材，线材直径为1.75～3mm(优选1.75mm)，设置打印参数，另外为加速三维成型微粉的快速固化采用工作平面加热的方式，加热温度为60～80℃(优选60℃)。

步骤3：进行打印，打印方式为连续式打印，打印头距离打印样件的距离保持在0.05～0.1mm(优选0.05mm)，打印头的直径为0.4～0.8mm(优选0.4mm)，这样即可实现地面背景电磁缩比材料的阳模板制造(厚度优选40mm)。

最后，利用制作好的阳模板缩比模具，采用浇注的方式制备地面缩比材料。浇注工艺具体步骤如下：

步骤1：选取浇注材料并确定具体添加比例。浇注材料为液态硅橡胶和生物基电磁微粒的混合物，质量添加比为0～60％(优选31.06％)。添加比例具体值按照前述电磁参数设计的比例选择，根据液态硅橡胶和生物基电磁微粒的密度确定质量添加比；

步骤2：将上述选取的浇注材料进行混合，搅拌方式为机械搅拌，混合时间为20～30min(优选20min)，搅拌速度为100～300r/min(优选100r/min)，混合均匀后添加硅橡胶固化剂，添加比例为硅橡胶质量的2～10％(优选5％)，搅拌速度为200～300r/min(优选200r/min)，搅拌时间为1～2min(优选2min)，混合均匀，获得混炼胶；

步骤3：将混炼胶浇注于阳模板模具中，等待硅橡胶固化，然后脱模并修边处理，可制备出如图1所示的具有曲面形状的地面背景缩比材料。

实施例2

1、地面背景材料电磁参数测试

采集具有代表性的地面材料，制备成标准同轴样件，内径为3mm，外径为7mm，厚度为2mm，利用矢量网络分析仪测试，得到相对复数介电常数和相对复数磁导率。如选择8GHz处的电磁参数，相对介电常数为16，相对介电常数虚部为10，相对复数磁导率为1。

2、地面背景厚度和反射系数评估

如图6所示，在电磁参数为8GHz时，利用传输反射系数法的逆过程，通过相对复数介电常数和相对复数磁导率，计算地面背景不同厚度下的反射系数。可以看出，地面背景的反射系数随着厚度的变化在0～20mm范围内变化比较明显，在20mm厚度以上逐渐趋于固定值，反射系数为-3.89dB。

3、生物基电磁微粒的电磁参数库

采用复合生物约束成型工艺制备不同比例的生物基电磁微粒，建立生物基电磁微粒的电磁参数库，如图4所示，通过电磁参数库获得不同电磁参数下生物基电磁微粒的介电常数实部(见图4的a)、介电常数虚部(见图4的b)、磁导率实部(见图4的c)和磁导率虚部(见图4的d)的数据和曲线图。

生物基电磁微粒的制备具体如下：

(1)化学镀CoNiP

首先，将CoNiP镀液和硅藻土分别在80℃～90℃水浴锅中充分预热，使内部温度达到80℃～90℃，采用20g/L的NaOH溶液进行调整pH为8～10。

其次，将硅藻土在不断搅拌的情况下加入到CoNiP镀液中，反应开始后迅速放入70℃～80℃水浴中，不断搅拌至反应完全，形成包覆微粒。

然后，利用无水乙醇对包覆微粒进行清洗。

最后，在真空干燥箱中120℃～150℃加热干燥，4～8小时后取出，获得电磁微粒。

化学镀工艺的可以活化生物模板具有一定的电磁性能，同时保证模板结构具备一定的强度和耐热性能，以保证后续生物约束工艺能够实现对高性能材质，如羰基铁、羰基镍等，进行包覆。

(2)气相沉积包覆Fe材质

首先，考虑羰基金属蒸气反应剧烈，将Fe(CO)₅蒸气加热到90℃，此温度超过蒸气的沸点，使该蒸气能迅速分解成金属颗粒和CO气体。将电磁微粒置于反应腔内，将反应腔温度加热到250℃并保证其温度恒定。

其次，在反应腔内通以氮气防止包覆的金属颗粒氧化，用搅拌桨将金属颗粒搅拌分散，分散速度为30r/min。

然后，在沉积过程完成后继续通氮气直至冷却至室温。

最后，将反应得到的包覆金属颗粒的电磁微粒用无水乙醇进行清洗，过滤后放入干燥箱内干燥，获得生物基电磁微粒。

4、电磁缩比材料电磁设计

根据建立的生物基电磁微粒的电磁参数库，选取缩比因子为1：2，即选取16GHz的不同比例生物基电磁微粒的电磁参数。生物基电磁微粒在该频率的复数磁导率并不为1，如图4的a和b在40wt％和50wt％比例下介电常数分别为0.8+j0.41和0.86+j0.43，而介电常数实部分别为16.74和17.72，介电常数虚部分别为16.69和17.87。经过计算可以得到对应介电常数实部为16时，材料添加比例为37.9wt％，此时材料的虚部为15.8，磁导率为0.81+j0.39。

如图7的a所示，此时从对应缩比材料在不同厚度下的材料反射系数曲线可以看出，材料的反射系数随着厚度的增加仍然会趋于固定值，反射系数稳定值为-3.72dB，这是由于材料的磁导率和介电常数均不满足要求导致的，可以看出此时选取电磁参数逼近法偏差较大，并不适合。

如果采用电磁参数比例选择法，可以看出40wt％和50wt％时候的介电损耗正切值分别接近于1，磁损耗正切值并不为0，两值均大于地面环境的介电损耗正切值，此时也不便于进行电磁参数比例选择。

考虑采用反射系数逼近法进行插值计算，利用电磁参数库中的电磁参数进行插值计算选择，再通过筛选，可以看出当选取介电常数为12.9-j12.02，磁导率为0.86+j0.30时，质量添加比为28.8wt％。如图7的b所示，此时从电磁缩比材料的反射系数随厚度的变化曲线可以看出，此时的电磁缩比材料的反射系数随着厚度的增加，趋于稳定值-3.90dB，与原型地面背景材料的实际的反射系数相差比例不足1％，可以用与地面背景缩比材料中，厚度选取5mm以上即可。

5、电磁缩比材料制备

由于材料的厚度并不大，仅仅5mm，故将其视为平面结构型电磁材料，通过喷涂滚压的方式进行制备。平面结构型电磁缩比材料具体步骤如下：

步骤1：选取喷涂材料并确定添加比例。喷涂材料为聚氨酯和生物基电磁微粒的混合物，生物基电磁微粒的平均片径为40μm～200μm，聚氨酯和生物基电磁微粒的质量添加比为10％～45％(优选28.8％)，添加比例具体值按照前述电磁参数设计的比例选择，根据聚氨酯和生物基电磁微粒的密度即可确定质量比例。

步骤2：添加稀释剂(优选丙酮、无水乙醇，更优选丙酮)，稀释剂和聚氨酯的质量添加比为1：0.5～1：1.2，混合上述的喷涂材料，采用机械搅拌的方式配制涂料，混合时间为20min，搅拌速度为100r/min，混合均匀；

步骤3：添加多异氰酸酸酯或聚氨酯固化剂，其与聚氨酯的质量添加比为10％，采用喷涂的方式喷涂于聚酯薄膜表面，其中聚酯薄膜的厚度为0.08mm～0.1mm，涂层喷涂的厚度为0.2mm～5mm(优选5mm)，得到电磁缩比材料。

综上所述，本发明用于提供基于生物基材料的地面背景电磁缩比的制备方法，该方法不需要严格控制填充微粒的比例和材料厚度，采用生物微粒，包覆高磁性材料，具有很好的电磁参数可设计性，而且通过采用不同颗粒填充吸波层的设计来实现所需要的吸收性能。本发明所制备的材料可应用于电磁缩比测试的地面环境目标中，也可以应用于海面环境中，以及其他测试背景中，而且还具有很好的抗氧化、耐腐蚀、制造成本低等优点，是一种实现具有应用前景的电磁缩比材料的高效制造方法。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。