[发明专利]一种电磁波多入射角度下的复合材料电磁参数计算方法

说明书

一种电磁波多入射角度下的复合材料电磁参数计算方法，修正掺杂浓度并在均匀化模型中引入有待定系数的等效复介电常数，建立修正的电磁波多入射角度下的复合材料均匀化模型，由最小二乘法拟合随机掺杂复合材料的屏蔽效能得到引入的待定系数，将拟合得到的待定系数代入修正的电磁波多入射角度下的复合材料均匀化模型，计算得到复合材料的介电常数与电导率。本发明可为各类电磁仿真如电磁防护设计、雷达散射截面计算等提供基础电参数输入，为航空航天器复合材料电磁防护设计仿真电参数输入提供一种有效的技术方案。

技术领域

本发明涉及电磁防护技术和电磁环境效应技术领域，尤其涉及一种电磁波多入射角度下的复合材料电磁参数计算方法。

背景技术

先进复合材料以高强度、耐腐蚀、轻体重等诸多独特的优点逐渐替代金属材料，广泛应用于航空航天等工业领域。复合材料与金属材料相比，具有复杂的微观几何构型，在介电常数、电导率上具有较大差异，这将造成航空航天器电磁能量耦合路径与屏蔽效能的不同。由于碳纤维复合材料导电性能远低于金属材料，会使得航空航天器对电磁环境的屏蔽效能远远降低。通过开展复合材料电磁参数的提取方法研究，可作为航空航天器复合材料的电磁参数输入，为航空航天器电磁防护设计奠定重要基础。

对于复合材料电磁参数计算方法的研究，有以下计算模型、仿真与试验方法。这些已有的技术方案未考虑电磁波入射方向与复合材料内部精细结构的相互关系。

获取复合材料的电磁特性有很多传统测试方法，如谐振腔法和网络参数法。中国发明专利CN106093810A提出了一种基于自由空间法进行材料电磁参数测试的方法和一种用于材料电磁参数测试的多值性问题解决办法。该发明对材料电磁参数测试中多值性问题的解决方法对待测样品的厚度没有特殊要求；对测试的起始频率无特殊要求；避免了群时延法对所有频点进行的繁琐的迭代求解；可适用于微波毫米波尤其适用于太赫兹波段自由空间法材料电磁参数测试。

中国发明专利CN101655525A提供了一种基于支持向量机(SVM，Support VectorMachine)的人工电磁材料电磁参数提取方法。此发明是利用计算电磁学的数值计算方法FEM和FDTD计算被测材料的传输与反射系数,将相应计算结果作为训练序列对支持向量机进行训练。当支持向量机经过充分训练以后，可以通过输入传输与反射系数的测量值，计算得到被测材料的等效介电常数和等效磁导率。

中国发明专利CN104931818A提出一种非对称人工电磁材料电磁参数的提取方法，用以解决由于结构的不对称性导致无法提取材料电磁参数的问题，首先单独仿真第一层材料的散射参数S′；利用S′与对称结构算法计算第一层材料的电磁参数；仿真非对称人工电磁材料的外部散射参数S；基于S与第一层的电磁参数获得第二层的电磁参数；利用S与第二层电磁参数重新修正第一层的电磁参数；循环上述步骤，直至修正后的两层中的电磁参数在整个频段内不再明显变化，将此作为最终电磁参数。

2013年第55期第1178-1186页《IEEE Transactions on EMC》期刊中公开文献“Effective Permittivity of Shielding Effectiveness Materials for MicrowaveFrequencies”Preault等提出了基于掺杂物问题的等效电磁参数均匀化方法(DynamicHomogenization Method，DHM)研究，引入描述纤维结构的特征长度，计算了纤维在截面上呈正方形排列时复合材料等效电磁参数。然而复合材料动态均匀化方法适用于入射电磁波电场方向垂直于碳纤维的情况。

随着信息化迅猛发展，来自地面、舰船、海上平台或者航空器上的雷达、无线电、导航以及广播电视等发射机对外辐射形成了复杂恶劣的电磁环境，入射电磁波与航空航天器复合材料碳纤维的相互作用角度必定随机多样，有必要提出一种电磁波多入射角度下的复合材料电磁参数计算方法。

发明内容