蜂窝吸波结构电磁参数建模及应用研究

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随着电子设备的高度集成化,电磁兼容(EMC)成为电子设备稳定高效工作的必要条件,而其中电磁波吸收材料的研究已成为EMC的一个重要分支。蜂窝材料因为其独特的空心结构,具有重量轻、比强度和比刚度高、绝热和减震效果好等优良性能,可应用到承力件。给其加入吸波涂层并经过优化设计,则具备了优异的吸波性能,因此蜂窝吸波材料的研究受到越来越多研究者关注。蜂窝吸波材料要想达到很好的吸波效果,其电磁参数的研究是十分重要的。蜂窝吸波材料的等效电磁参数(等效介电常数和等效磁导率)可以通过实验得到,但实验周期长、过程复杂费时费力,而且还可能会因环境的影响有偏差。因此通过研究各结构参数以及吸波功能层参数对反射系数的影响,建立蜂窝吸波结构几何参数、电磁参数与电磁传输特性之间的关系模型,基于该模型指导蜂窝吸波材料的设计就变得非常重要。本文以芳纶纸蜂窝为研究对象,考虑蜂窝吸波材料独特的物理尺寸结构对等效电磁参数的影响,建立了蜂窝吸波材料的等效电磁模型,并通过实验验证了该模型的有效性。论文基于等效媒质理论和欧几里得范数,分析了蜂窝吸波材料的物理尺寸参数对等效电磁参数的影响,充分考虑蜂窝的墙厚w、蜂窝边长r、蜂窝高度h、蜂窝主体的电磁参数(ε1和μ1)、吸波涂层的厚度t、吸波涂层的电磁参数(ε2和μ2)、入射电磁波等参数,建立了均匀蜂窝吸波材料等效电磁参数理论模型。通过电磁仿真软件和实验实测两种方法进行验证,在微波频段2-18GHz内采用论文提出的等效参数模型计算出来的反射率与电磁仿真软件仿真结果和实验测试结果吻合。本文基于提出的均匀蜂窝吸波材料双轴各向异性等效电磁参数模型与传输线理论,将梯度蜂窝结构材料当做多层复合材料,对每一层蜂窝材料按照提出的双轴各向异性等效参数模型进行电磁参数计算,然后使用传输线理论计算就可以有效预测梯度蜂窝吸波材料的吸收特性。在微波频段2-18GHz范围内,对30mm范围内高度的梯度蜂窝吸波材料通过了软件仿真,计算出的反射率与CST仿真出的反射率吻合。论文借鉴NRW反演法,考虑梯度蜂窝吸波材料结构对等效电磁参数的影响,引入了梯度结构介电常数虚部修正因子,建立了梯度蜂窝吸波材料的等效电磁参数反演模型。在2-18GHz范围内,利用模型反演出的电磁参数计算出的反射率结果与电磁仿真软件仿真结果和实验实测结果基本吻合。综上所述,本论文针对蜂窝吸波结构的等效电磁参数模型进行了研究,分析了物理结构尺寸对等效参数的影响,建立的等效电磁参数理论模型对蜂窝吸波材料的设计和应用具有指导意义。
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