蜂窝吸波结构电磁参数建模及应用研究

发布时间：2021-07-06 02:48

　　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... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

蜂窝吸波结构示意图

隼砺凼状胃?隽硕嘞嗝街首楹虾蟮牡刃Р问?舷陆?的范围[19]。之后，美国德州农工大学的L.Tsang和麻省理工学院的J.A.Kong在1981年提出了强波动理论。强波动理论是针对弱波动理论适用范围窄的不足，而新提出的对介质有着更准确的等效介电常数预测[20]。F.C.Smith团队在1999年通过使用时域有限差分法计算了蜂窝结构3个互相正交方向上平面波源照射下的反射系数和透射系数，得到了蜂窝等效电磁参数。通过拟合的方法，得到等效介电常数的表达式。除此还分析了不同情况下蜂窝等效电磁参数，但这个经验公式误差较大[21]。图1-2当εa=10ε0时的蜂窝结构等效径向介电常数[22]MartinJohansson在2005年发表的文章中使用有限元法分别计算了蜂窝、金字塔和对立竖条结构的等效介电常数，同时计算了HS理论等效介电常数，进行了两者的比较。比较发现：当εa=10ε0时，有限元法计算出的电磁参数与使用HS上界公式计算的更吻合，如图1-2所示[22]。国内研究较晚，最早的是华中科技大学何燕飞团队在2008年将蜂窝孔简化为横截面为圆形的纤维，如图1-3所示。其采用强扰动理论来分析，得到的结论是：对应不同的蜂窝结构吸波材料高度，吸收层存在最优厚度，使反射率最低[23]。

第一章绪论3(a)(b)图1-3纤维状结构及蜂窝状结构示意图[23]。(a)一致取向纤维状材料结构示意图；(b)蜂窝状材料结构示意图西工大张永杰团队在2009年基于有限元法分析了HS理论对不同蜂窝基底的等效电磁参数的精确度。得到的结论是：当周期结构单元为电磁参数大的介质包围电磁参数小的介质时，用有限元法算出的等效电磁参数与HS上界公式计算结果比较接近；当周期结构单元为电磁参数小的介质包围电磁参数大的介质时，用有限元法算出的等效电磁参数与HS下界公式计算结果比较接近[24]。电子科技大学周佩珩团队在2012年通过实验验证了Johansson的理论模型，使用的是HS理论。该团队实验制备了均匀蜂窝，测试了等效电磁参数，其和计算出来的等效介电常数基本吻合,并将蜂窝吸波材料可等效为同等厚度介质板[25]。西工大赵雨辰在2012年对采用强扰动理论和变分法的两种等效模型结果与实验结果进行对比，分析了两种模型中横向等效电磁参数的对称性与实验结果中的非对称性方面存在的显著差异，并通过引入代表蜂窝结构横向非对称性参数的方法对等效电磁模型进行了改进。数值仿真表明，在使用等效电磁模型来描述蜂窝结构时，变分模型要优于强扰动模型，而改进模型不仅使得两种等效电磁模型都能够反映出蜂窝结构横向电磁参数的非对称性，而且能够在一定程度上提高等效电磁模型的准确性。同时也分析了HS理论和SFT理论的差异，对这两理论进行了准确性论证，提出了目前对更优模型的需求[26]。图1-4横向等效介电常数对比[26]


本文编号：3267362