基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种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，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，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，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，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。本发明专利技术的制备方法精确度高，制备方法高效，而且本发明专利技术采用的生物基电磁微粒通过生物微粒包覆高磁性材料制备，具有低密度和优势外形的特点，具有很好的电磁参数可设计性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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(FrequencyDependentCharacteristics)，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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，εeff为相对复数介电常数，式(2)中，μeff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本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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；所述的生物基电磁微粒采用复合生物约束成型工艺制备。

【技术特征摘要】
1.基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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；所述的生物基电磁微粒采用复合生物约束成型工艺制备。2.根据权利要求1所述的基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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，εeff为相对复数介电常数，式(2)中，μeff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。4.根据权利要求1所述的基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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；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；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。5.根据权利要求4所述的基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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。6.根据权利要求4所述的基于生物基材料的地面背景电磁缩比材料的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：许勇刚，袁黎明，王晓冰，梁子长，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31