一种基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种雷达目标特性测试技术中的复合材料配制方法，具体地，设及一 种基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法。
【背景技术】
[0002] 随着复合材料飞机、舰船和车辆的大量出现，武器系统迫切需要获得目标探测、识 别与跟踪所需的目标特性信息，因此针对复合材料目标特性测试技术得到了越来越多的重 视。然而传统的目标特性全尺寸测试在模型制作上耗费巨大，且受限于测试场地的限制；缩 比测试则在复合材料电磁缩比构造上存在瓶颈，只能获得全金属目标的电磁散射数据，与 真实目标相比误差较大，亟待突破复合材料电磁缩比测试技术，获得更加精确的目标特性 数据。
[0003] 金属材质电磁缩比技术已经在测量中得到了广泛应用。随着复合材料在先进武器 装备中的广泛应用，仅考虑金属材质缩比已不能准确地反映目标的雷达特性。复合材料电 磁缩比方法是实现隐身雷达目标模拟测量、便捷获取其散射特性的关键。复合材料电磁缩 比由于其有限导电特性，金属材质电磁缩比理论已不在适用。
[0004] 由缩比原理可知，在对复合材料电磁参数（复数形式）进行缩比时，需要保持电磁 参数不变。即：缩比之后，缩比材料传导率是原始材料传导率的n倍（n为缩比系数，n> 1)。 在工程上，保持电磁参数不变是很困难的，特别当材料同时具有电损与磁损两种特性的时 候使，进一步加大了配制的难度。
[0005] 为了保持目标散射特性的精确测量，需要维持缩比材料在一定的角度范围内与原 始材料一致。可W采用优化设计方案获取缩比材料的电磁参数。在获取缩比材料的电磁参 数之后，控制电磁参数的配置精度是复合材料缩比测试的关键。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种用于复合材料电磁缩比测试的材料配制方法，在优化设 计缩比材料介电常数的基础上，获取缩比材料的电磁参数，开展基于等效媒质理论的缩比 复合材料配制，控制电磁参数的配置精度。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配 制方法，其中，该方法包含：步骤1，计算原始材料的反射系数：根据原始频段材料的电磁参 数计算出原始材料的水平极化、垂直极化的反射系数；步骤2,对混合材料进行电磁参数测 试：根据缩比要求，在缩比频段进行若干不同配比的混合材料的电磁参数测试；步骤3,建 立混合材料的不同配比的电磁参数库：将电磁参数测试结果与等效媒质理论结合，修正得 到混合材料不同配比的电磁参数库；步骤4,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，W得到在宽角范围内反射特性与原始频段材料一致的结果，再通 过电磁参数库得到缩比复合材料的配比方案。
[0008] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的电磁参数 包含介电常数和磁导率等。
[0009] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其 中，所述的水平极化、垂直极化的反射系数根据W下公式计算：水平极化 的反射系数
垂直极化的反射系数
。或者也可W通过商用软件计算特定厚度的复合材料 反射系数。
[0010] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的公式中， 丄、//分别表示垂直极化和水平极化：
为多层介质材料的传输矩阵，Z。为自由空间 的波阻抗。
[0011] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的等效媒质 理论，根据缩比系数获取测试的工作频段，在此工作频率下，对于柱状颗粒复合体系的公式 为：有效介电常数
，该公式主要适用 低渗杂比，对于高渗杂比的材料配制，往往需要通过修正该公式W期待获取准确的预估电 磁参数。现有的修正方法有多种，引入修正因子，测试参数拟合或逐步迭代是典型的求解方 案。优选地采用测试结果与理论仿真相结合的参数迭代方法。等效媒质理论往往基于一定 的条件假设，运使得混合材料电磁参数的预估常常存在一定的误差，为了更好的拟合不同 配比材料的电磁特性，借助测试数据是一种合理的技术方案。
[0012] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的公式中， 为粒子即分散相介电常数，e。为基体介电常数，0为粒子含量，Nik表示粒子的极化性 能。
[001引上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述 的粒子的极化性能由其在空间的3个轴向极化因子Nik来确定；由公式可得，
[0014] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的公式中， 曰1、曰2、曰3为粒子3个轴向的长度，且有NIi+Ni2+Nn= 1。
[0015] 上述的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，其中，所述的对混合材 料进行优化，是对混合材料的厚度、层数和每层材料的渗杂比例进行优化，得到在宽角范围 内反射特性与原始频段材料一致的混合材料的厚度、层数和每层材料的渗杂比例，再根据 其电磁参数，从电磁参数库中得到缩比复合材料的配比方案。另外，多相渗杂W及超材料等 都可W作为优化设计的辅助手段。
[0016] 本发明提供的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法具有W下优点：
[0017] 该方法通过电磁参数优化设计，获取满足缩比关系、工程可实现的混合材料，满足 缩比测试的精度要求，是一种行之有效的复合材料电磁缩比测试方案。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法的实施例1中垂 直极化反射系数随俯仰角变化曲线图。
[0019] 图2为本发明的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法的实施例1中水 平极化反射系数随俯仰角变化曲线图。
[0020] 图3基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法的实施例1中垂直极化RCS 随俯仰角变化曲线图。
[0021] 图4基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法的实施例1中水平极化RCS 随俯仰角变化曲线图。
【具体实施方式】
[0022] W下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0023] 本发明提供的基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法，包含：
[0024] 步骤1，计算原始材料的反射系数：根据原始频段材料的电磁参数计算出原始材 料的水平极化、垂直极化的反射系数。电磁参数包含介电常数和磁导率等。
[0025] 水平极化、垂直极化的反射系数根据W下公式计算：水平极化的反射系数
;垂直极化的反射系数
或 者也可W通过商用软件计算特定厚度的复合材料反射系数。
[0026] 式中，丄、//分别表示垂直极化和水平极化；
为多层介质材料的传输矩 阵，Z。为自由空间的波阻抗。
[0027] 步骤2,对混合材料进行电磁参数测试：根据缩比要求，在缩比频段进行若干不同 配比的混合材料的电磁参数测试。
[0028] 步骤3,建立混合材料的不同配比的电磁参数库：将电磁参数测试结果与等效媒 质理论结合，修正得到混合材料不同配比的电磁参数库。
[0029] 根据缩比系数获取测试的工作频段，在此工作频率下，通过等效媒质理论得到对 于柱状颗粒复合体系的公式为：有效介电常