用强扰动理论计算铁纤维涂料的等效电磁参数

摘要

铁纤维吸波涂料是一种新型的雷达吸波材料,在许多方面,具有比传统吸波材料更优异的性能,因此被称为新一代吸波材料.国内对于铁纤维吸波涂料的研究始于上世纪90年代初,通过实验研究对掌握其特性和应用方法已取得很大的成就,在理论研究方面也有不少的进展.但是对于如何从涂料的配方预测其反射特性和等效电磁参数、并根据对反射特性的要求制定铁纤维吸波涂料配方还没有一套可行的方法和计算程序,该论文的目的是研究出一套根据涂料的配方求解定向铁纤维混合物的等效电磁参数的方法,提供实用的计算机程序,并对混合物的等效电磁参数与铁纤维的形貌、含量的关系进行分析,得出一些规律性的结论.该论文采用强扰动理论作为基础分析工具.我们首先分析了应用强扰动理论的方法,考虑到铁纤维是导电纤维,我们认为只要能得到单根导电纤维的电磁参数,强扰动理论便能应用于铁纤维混合物情形.然后,由于在强扰动理论中,并矢格林函数的奇异项对求解电磁参数的积分方程起着非常关键的作用,我们解决了出现于计算等效电磁参数公式中的并矢格林函数奇异项系数的计算问题.最后,根据所推导的计算公式编制程序,进行计算,但是由于得到的计算公式是耦合方程组,用传统的数值计算方法难以解决,因此提出采用遗传算法的编制迭代程序,来搜索所需要的解.在数值计算的基础上进行了关于等效电磁参数与铁纤维长径比、半径和体积比等一系列分析,得到了规律性结论:铁纤维的体积比、长径比、半径等对混合物等效介电常数和磁导率有显著影响.我们还制备了铁纤维涂料的样品,部分计算结果经与实验对比,证明该计算方法的可行性.依据得到的结论,可以选择合适的初始参数,使吸波涂料能同时满足更小的比重,更宽的频带,更好的吸收效果.同时,单层定向铁纤维混合物的分析是求解多层不同定向的铁纤维吸波涂料情形的基础.通过传输矩阵即可求得任意层数的反射特性和等效电磁参数.该论文得到的计算结果对涂层的特性起着决定性作用,某些规律的结论对涂层设计也有较大的参考价值.

目录

文摘

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第一章 引言

1.1多晶铁纤维综述

1.2计算多晶铁纤维材料等效电磁参数的方法

第二章强扰动理论

2.1强扰动基本概念

2.1.1随机颗粒媒质中的Helmholtz方程

2.1.2双局域近似(Bilocal Approximation)

2.2计算公式

2.2.1强扰动理论基本公式

2.2.2 Sp和Sz的求解

2.2.3单根纤维的电磁参数的确定

第三章数值计算

3.1遗传算法的基本思想

3.1.1遗传算法的基本原理

3.1.2遗传算子

3.1.3遗传算法的主要步骤

3.1.4遗传算法的特点

3.2定向铁纤维等效电磁参数的计算程序

3.2.1遗传算法流程图

3.2.2流程图说明

3.3.3复数贝赛尔函数的计算

第四章计算结果分析

4.1等效介电常数的特性

4.1.1等效介电常数与频率的关系

4.1.2等效介电常数与体积比的关系

4.1.3等效介电常数与长径比的关系

4.1.4等效介电常数与半径的关系

4.2等效磁导率的特性

4.2.1等效磁导率与频率的关系

4.2.2等效磁导率与体积比的关系

4.2.3等效磁导率与长径比的关系

4.2.4等效磁导率与半径的关系

第五章实验与结果分析

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5.1.1实验目的

5.1.2实验步骤

5.2涂料的性能分析

5.2.1涂料的等效介电常数的特性

5.2.2涂料的等效磁导率的特性

第六章结论

参考文献

致谢

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