System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构及制备方法技术_技高网

一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构及制备方法技术

技术编号:40001153 阅读:6 留言:0更新日期:2024-01-09 03:38
本发明专利技术涉及一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构及制备方法,方法包括:获取3D打印丝材;基于所述3D打印丝材,获取t个候选吸波层的等效阻抗数据库,所述等效阻抗数据库包括所述t个候选吸波层的等效阻抗;根据所述等效阻抗数据库,建立阻抗梯度渐变超材料结构模型;根据所述阻抗梯度渐变超材料结构模型构建所述阻抗渐变超材料吸波结构。本发明专利技术通过对复合吸波材料开展三维结构设计,实现超材料结构的阻抗梯度变化的设计,显著改善了超材料结构与自由空间的阻抗匹配关系,使得入射电磁波在界面处能够最大程度地进入结构内部,使得电磁波进而在结构内部得以被损耗,充分发挥超材料的空间结构优势,从而实现超材料结构吸波性能的大幅跃升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁波吸收,具体涉及一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构及制备方法


技术介绍

1、宽频域高强度的雷达吸波结构在降低电磁波辐射和减小雷达波反射截面积方面具有重要的作用,然而目前的雷达吸波结构的工作带宽仍难以满足应用需求,其中制约雷达吸波结构工作带宽的一个重要因素便是设计结构与自由空间之间的阻抗匹配特性相对较差,因而限制了雷达吸波结构在军事装备和社会生产中的应用和推广。

2、而改善吸波结构与自由空间之间的阻抗匹配特性的主要方法是通过阶跃型阻抗结构或连续梯度型结构设计降低阻抗的突变性,使电磁波在吸波结构表面的反射率大幅降低,进而利用材料和结构的多重损耗作用衰减入射电磁波,从而达到高强度电磁波吸收的目的。

3、相较于平板型超材料结构,阶跃型阻抗结构和连续梯度型阻抗结构大多是在垂直方向上进行设计的,因此在该方向上的结构特征对于实现宽频高强度的电磁波吸收具有重要的作用。而传统的减材制造工艺由于成型方式上的局限性,难以实现相对复杂的结构加工。


技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题,本专利技术提供了一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现:

2、一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,所述制备方法包括:

3、获取3d打印丝材;

4、基于所述3d打印丝材,获取t个候选吸波层的等效阻抗数据库,所述等效阻抗数据库包括所述t个候选吸波层的等效阻抗;

5、根据所述等效阻抗数据库,建立阻抗梯度渐变超材料结构模型;

6、根据所述阻抗梯度渐变超材料结构模型构建所述阻抗渐变超材料吸波结构。

7、在本专利技术的一个实施例中,所述获取3d打印丝材的步骤,包括:

8、获取基体材料和吸波剂;

9、对所述基体材料和所述吸波剂进行干燥处理,得到干燥处理后的基体材料和吸波剂;

10、将所述干燥处理后的基体材料和吸波剂按照预设比例进行均匀混合,得到混合均匀的复合材料;

11、利用所述混合均匀的复合材料制备所述3d打印丝材。

12、在本专利技术的一个实施例中,基于所述3d打印丝材,获取不同吸波层的等效阻抗数据库的步骤,包括:

13、测量所述3d打印丝材在目标区间的电磁参数;

14、基于所述电磁参数,利用s参数反演法计算t个候选吸波层的等效阻抗,以得到由所述t个候选吸波层组成的等效阻抗数据库。

15、在本专利技术的一个实施例中,所述测量所述3d打印丝材在目标区间的电磁参数的步骤,包括:

16、采用波导法或同轴线法测量所述3d打印丝材在目标区间的电磁参数。

17、在本专利技术的一个实施例中,所述t个候选吸波层的尺寸从大到小依次为p、(1-k)*p、(1-2k)*p、(1-3k)*p、……、(1-(t-1)k)*p、(1-tk)*p,其中,p为周期结构大小,k为常数,取值范围为0~1,且tk≤1;

18、所述利用s参数反演法计算各层吸波层的等效阻抗,以得到由所述不同吸波层组成的等效阻抗数据库的步骤,包括:

19、将zmax端口和zmin端口作为激励源,zmax端口设置在所述候选吸波层的上端,zmin端口设置在所述候选吸波层的下端,以通过zmax获取所述候选吸波层的反射系数s11,通过zmin获取所述候选吸波层的透射系数s21;

20、基于所述候选吸波层的反射系数s11和透射系数s21,得到所述候选吸波层的等效介电常数和等效磁导率;

21、基于所述候选吸波层的等效介电常数和等效磁导率得到所述候选吸波层的等效阻抗,进而得到所述t个候选吸波层组成的等效阻抗数据库。

22、在本专利技术的一个实施例中,所述候选吸波层的反射系数s11为:

23、

24、所述候选吸波层的透射系数s21为:

25、

26、所述候选吸波层的等效介电常数为:

27、ε=n/z

28、所述候选吸波层的等效磁导率为:

29、μ=nz

30、其中,ε为等效介电常数,μ为等效磁导率,z为等效阻抗,i为虚部单位,d为zmax端口到参考平面的距离,n为折射率。

31、在本专利技术的一个实施例中,所述候选吸波层的等效阻抗z为:

32、z=|eta*tanh(i*k*d)|

33、

34、

35、其中,c为电磁波的传播速度,f为频率,μ′为所述等效磁导率的实部,ε′为所述等效介电常数的实部。

36、在本专利技术的一个实施例中,所述根据所述等效阻抗数据库,建立阻抗梯度渐变超材料结构模型的步骤,包括:

37、基于所述超材料结构在垂直方向的总厚度,从所述等效阻抗数据库中选取k个候选吸波层,且所选取的所述k个候选吸波层的等效阻抗在垂直方向上从上至下呈递减的趋势,其中,所述k个候选吸波层的总厚度等于所述超材料结构在垂直方向的总厚度。

38、在本专利技术的一个实施例中,所述根据所述阻抗梯度渐变超材料结构模型构建所述阻抗渐变超材料吸波结构的步骤,包括:

39、基于所述阻抗梯度渐变超材料结构模型,利用熔融沉积3d打印方法构建所述阻抗渐变超材料吸波结构。

40、本专利技术一个实施例还提供一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构,所述多层宽频超材料结构由上述任一项实施例所述的制备方法制备而成。

41、与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:

42、本专利技术通过对复合吸波材料开展三维结构设计,实现超材料结构的阻抗梯度变化的设计,显著改善了超材料结构与自由空间的阻抗匹配关系,使得入射电磁波在界面处能够最大程度地进入结构内部,在内部使得电磁波得以被损耗,充分发挥超材料的空间结构优势,从而实现超材料结构吸波性能的大幅跃升。

43、以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。

本文档来自技高网
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【技术保护点】

1.一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:

2.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述获取3D打印丝材的步骤,包括:

3.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,基于所述3D打印丝材,获取不同吸波层的等效阻抗数据库的步骤,包括:

4.根据权利要求3所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,测量所述3D打印丝材在目标区间的电磁参数的步骤,包括:

5.根据权利要求3所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述t个候选吸波层的尺寸从大到小依次为P、(1-k)*P、(1-2k)*P、(1-3k)*P、……、(1-(t-1)k)*P、(1-tk)*P,其中,P为周期结构大小,k为常数,取值范围为0~1,且tk≤1;

6.根据权利要求5所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述候选吸波层的反射系数S11为:

7.根据权利要求6所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述候选吸波层的等效阻抗Z为:

8.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,根据所述等效阻抗数据库,建立阻抗梯度渐变超材料结构模型的步骤,包括:

9.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,根据所述阻抗梯度渐变超材料结构模型构建所述阻抗渐变超材料吸波结构的步骤,包括:

10.一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构,其特征在于,所述多层宽频超材料结构利用权利要求1至9任一项所述的制备方法制备而成。

...

【技术特征摘要】

1.一种基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:

2.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述获取3d打印丝材的步骤,包括:

3.根据权利要求1所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,基于所述3d打印丝材,获取不同吸波层的等效阻抗数据库的步骤,包括:

4.根据权利要求3所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,测量所述3d打印丝材在目标区间的电磁参数的步骤,包括:

5.根据权利要求3所述的基于阻抗渐变的多层宽频超材料结构的制备方法,其特征在于,所述t个候选吸波层的尺寸从大到小依次为p、(1-k)*p、(1-2k)*p、(1-3k)*p、……、(1-(t-1)k)*p、(1-tk)*p,其中,p为周期结构...

【专利技术属性】
技术研发人员:汪刘应陈孟州刘顾葛超群王龙王滨许可俊王伟超
申请(专利权)人:中国人民解放军火箭军工程大学
类型:发明
国别省市:

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