一种超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电磁兼容屏蔽领域，尤其涉及一种超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体。


背景技术：

[0002]
电磁屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减弱电磁能量传输的一种技术，通常采用屏蔽效能来定量描述电磁波屏蔽的效果，其定义为在防护区域未加载屏蔽体时和加载屏蔽体时的电场幅值之比。从物理机制上看，电磁波被屏蔽体阻挡的机制包括反射效应、吸收效应以及多次反射和吸收效应。因此电磁屏蔽材料主要包括三种类型：反射型、吸收型和多次反射型。
[0003]
以反射耗损为主的电磁屏蔽材料，这类材料以导电材料为主，如金属材料、导电涂料、导电塑料等；反射损耗与吸收损耗相结合的电磁屏蔽材料，以具有磁性的导电材料为主，如ni-p合金，其主要应用于低频磁屏蔽；以吸收损耗为主的低反射电磁屏蔽材料，主要应用于精密电子设备和隐身目标的电磁屏蔽。当电子设备内壁产生强电磁反射时，可能导致自干扰现象，从而影响电子设备的性能发挥。在军事上，针对敌方强电磁干扰，低反射电磁屏蔽材料在保护电磁能量入侵的同时，还具有反电磁探测的能力。
[0004]
目前研究低反射、高吸收的电磁屏蔽材料，存在一定的困难。并且，从材料的电磁本构关系可以发现，单元材料在损耗因素的同时，难以满足电磁阻抗匹配。


技术实现要素：

[0005]
针对以上问题，本实用新型提出一种超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体。
[0006]
为实现本实用新型的目的，提供一种超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体，包括：玻璃层、海水层、第一媒质层、第二媒质层和第三媒质层，所述玻璃层、所述海水层、所述第一媒质层、所述第二媒质层和所述第三媒质层以级联的方式依次叠加连接，所述玻璃层、海水层、第一媒质层、第二媒质层和第三媒质层的厚度分别为d1、d2、d3、d4、 d5。
[0007]
一个实施例中，所述第一媒质层、第二媒质层和第三媒质层的介电常数分别为：3.43、 4.73、42.45。
[0008]
一个实施例中，所述第一媒质层的厚度d3＝3.7cm，所述第二媒质层的厚度d4＝0.54cm，所述第三媒质层的厚度d5＝0.93cm。
[0009]
在一个实施例中，所述海水层内海水的温度为20摄氏度，所述海水层内海水的盐度为25％，所述海水层的厚度d2＝6cm。
[0010]
一个实施例中，所述玻璃层的厚度d1＝2cm。
[0011]
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益技术效果：
[0012]
上述超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体，采用海水作为主要电磁屏蔽材料，提出了一种超宽带低反射、高吸收海水电磁屏蔽体，与传统的电磁屏蔽材料相比，优势在于入射电磁波在超宽带内将无反射、全吸收、零透射，实现“电磁隐身”，同时具有光波透明、可循
环导热、制备成本低等优点。
附图说明
[0013]
图1是一个实施例的超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体的结构示意图；
[0014]
图2是一个实施例的简单反射型海水电磁屏蔽体结构示意图；
[0015]
图3是一个实施例的超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体的反射、损耗、透射功率之比；
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图4是一个实施例的简单反射型海水电磁屏蔽体反射、损耗、透射功率之比；
[0017]
图5是一个实施例的简单反射型海水电磁屏蔽体的总输入阻抗；
[0018]
图6是一个实施例的超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体的总输入阻抗；
[0019]
图7是一个实施例的两种结构屏蔽效能的变化。
具体实施方式
[0020]
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0021]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0022]
参考图1所示，图1为一个实施例的超宽带低反射高吸收海水电磁屏蔽体的结构示意图，包括：玻璃层1、海水层2、第一媒质层3、第二媒质层4和第三媒质层5，所述玻璃层1、所述海水层2、所述第一媒质层3、所述第二媒质层4和所述第三媒质层5 以级联的方式依次叠加连接，所述玻璃层1、海水层2、第一媒质层3、第二媒质层4 和第三媒质层5的厚度分别为d1、d2、d3、d4、d5。
[0023]
从材料的电磁本构关系可以发现，单元材料在增加损耗因素的同时，难以满足电磁阻抗匹配，因此，通常采用多元材料来同时满足这两个条件。采用多元材料来设计低反射、高吸收电磁屏蔽体时，应同时考虑材料损耗和阻抗匹配两个因素。具有较高电导率的海水层结构对电磁传输产生较强损耗，从而展示出较好的电磁屏蔽效能。海水的高电导率特性会引起阻抗失配，类似于其他高电导率材料，从而产生较强的电磁反射，不利于应用在精密电子设备和电磁隐身目标等场合。
[0024]
与一般电磁屏蔽体相比，采用阻抗匹配和遗传算法优化后的电磁屏蔽体，在超宽带内可实现入射电磁波无反射、全吸收、高屏蔽效能，相对带宽可达43.2％，同时海水简单易得，价格低廉，结构简单。超宽带是指工作带宽大于25％，计算为(最大值-最小值) /中心频率，我们工作中心频率为0.915ghz，要求反射系数低于0.1。
[0025]
将传输线阻抗匹配理论拓展到平面波传输后，得出阻抗匹配理论，然后将阻抗匹配理论(平面波传输)与遗传算法结合，得到了本实施例中第一媒质层3、所述第二媒质层4，所述第三媒质层4的介电常数和厚度为实现方案的最优数据。此外所述海水层2 的厚度，海水盐度等数据都是都是优化算法后的最佳实验数据。
[0026]
本实施例中，将遗传算法中的种群与阻抗匹配理论中的材料介电常数和厚度相对，将遗传算法中的约束条件与零反射点相对应，同时遗传算法也要一定程度上优化，可以调整约束条件的权重即可。
[0027]
遗传算法是一种数值优化算法，基于生物的优胜劣汰原则，在全局域上优化得到最优解，其实还有其他的是指优化方法，经过比较后发现，遗传算法在速度，内存，最优解方面比较优秀，所以选择这个算法。
[0028]
平面波理论主要使用的是，电磁波穿透媒质时，在分界面处，电场切向分量连续性定理。传输线理论使用的主要是阻抗匹配理论，传输线中也有阻抗匹配理论，我们是将这种理论拓展应用到平面波理论中来，并验证了正确性。利用平面电磁波传输在分界面处电场切向分量连续性定理，得到透射系数表达式，并由此进一步得到电磁屏蔽效能严格意义上的解析解公式；将传输线阻抗匹配理论拓展应用到平面电磁波传输中，并与遗传算法相结合，实现超宽带低反射、高吸收特性。
[0029]
遗传算法与阻抗匹配理论的结合，遗传算法优化得到最优解，可以通过调整约束条件权重，改进种群选取大小，改进ranking函数等。最终达到的效果是，电入射磁波将几乎无反射、全吸收、高屏蔽效能。权重调整是指约束条件中三个零反射点，中间权重小，为0.2，两边权重大，为0.4；改进种群选取大小是指在初始化种群随机选择时，种群小而多，避免随机性干扰；改进ranking函数，是指遗传算法的优秀种群判定更加合理，便于跳出局部最优，实现全局最优；权重简单说就是约束条件所占的比重，比重越大，权重越高，该约束条件越重要；种群就是遗传算法中初始随机的一连串二进制代码，每次经过ranking函数选择后悔留下相对比较优秀的下一代种群，跟生物学的种群是一个意思；
[0030]
中心频率可自定义，本实施例中我们选择0.915ghz是因为这是常用的通信频点，应用范围更大；本方案的数据时最优的，用本方法所得到结构，可以实现超宽带低反射、高吸收性能，除此之外其他的结构和方法均不能达到上述性能要求。
[0031]
在一个实施例中，所述第一媒质层3、第二媒质层4和第三媒质层5的介电常数分别为：3.43、4.73、42.45。
[0032]
在一个实施例中，所述第一媒质层3的厚度d3＝3.7cm，所述第二媒质层4的厚度 d4＝0.54cm，所述第三媒质层5的厚度d5＝0.93cm。
[0033]
第一媒质层3、第二媒质层4和第三媒质层5的介电常数也是遗传算法与阻抗匹配理论的结合，遗传算法优化后得到的最佳数据，阻抗匹配层需要满足抗匹配条件，阻抗匹配有对应的计算公式，匹配层的材料和厚度不是随便选取的，要满足匹配的公式才行。换句话说，所述第一媒质层3、第二媒质层4和第三媒质层5的材料种类不限，只需要匹配层的材料和厚度满足匹配的公式即可。即所述第一媒质层3、第二媒质层4和第三媒质层5是一种表示方式，只要材料能满足优化的需求就可以了，本文在做遗传算法优化的时候，没有选取指定的材料，如果选取指定材料的话，则需要增加匹配层的数目，以保证遗传算法在优化时有足够的自由度，没有必要，验证可行性即可。
[0034]
在一个实施例中，所述海水层2内海水的温度为20摄氏度，所述海水层2内海水的盐度为25％，所述海水层2的厚度d2＝6cm。
[0035]
所述海水层2的封装层厚度，和材料没有太多要求，理论上来说，什么材料厚度，都可以。由于应用场景可能需求不一样，所以如果不注重透光性，其他不透光材料都行。海水
层的封装由右边的第一层玻璃层，和第一匹配层封装，形成一个类似夹层的封装体；上下不需要全封闭，但是也可以封上，只要保证水平方向满足设计的结构就行了。
[0036]
在一个实施例中，所述玻璃层1的厚度d1＝2cm。
[0037]
所述玻璃层1的厚度设置为2cm，是本实施例根据遗传算法与阻抗匹配理论的结合，遗传算法优化后得到的最佳数据，为本实施例中的最佳方案选择。
[0038]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0039]
需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0040]
本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
[0041]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。