[发明专利]一种蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法，具体按照以下步骤：步骤1、推导强扰动理论框架；步骤2、将蜂窝吸波结构的电磁参数和结构参数代入到步骤1中的强扰动理论框架中，得到蜂窝吸波结构等效介电常数张量和等效磁导率张量的基本闭式表达式，该表达式由初值部分以及色散特性函数组成；步骤3、扩展步骤2所得初值部分，并对色散特性函数表达式进行简化，得到计算蜂窝吸波结构等效电磁参数的最终闭式表达式。本发明的蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法，相比于传统的计算方法，能够反映等效电磁参数色散特性、能够在较宽的频带内更准确地计算蜂窝吸波结构的等效电磁参数。

技术领域

本发明属于电磁学技术领域，具体涉及一种蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法。

背景技术

雷达吸波结构是在传统雷达吸波材料基础上发展而来的兼具吸波性能和承载能力的多功能材料。蜂窝型的雷达吸波结构，也称为蜂窝吸波结构，由于其重量轻，强度高，密度低等优点，在雷达吸波结构的研究中一直占据着相当重要的地位。以矩量法(MethodofMoment,MoM)，时域有限差分法(finite-difference time-domain method,FDTD)等为代表的全波方法是一种计算蜂窝吸波结构电磁响应的重要方法，虽然这类数值方法准确性较高，但较高的复杂度和较长的计算时间限制了其在实际中的应用。近来，一种简单有效的计算非均匀复杂混合媒质电磁响应的方法正得到越来越多的关注。这种方法通常被称为均匀化的方法，其核心思路是首先通过各组分材料的电磁参数以及混合媒质的结构特性来计算该媒质的等效电磁参数，从而通过使用等效电磁参数来进一步得到其的电磁响应。在过去的几十年中，包括Maxwell-Garnett理论、Bruggeman理论、Hashin-Shtrikman(HS)变分理论、强扰动理论等在内的多种均匀化理论已经见诸报道。在这些理论中，HS理论已经被许多研究人员从理论和实验的角度证明了是一种能够较好地计算蜂窝吸波结构等效电磁参数的均匀化理论。此外，静态的强扰动理论也被一些研究人员用来计算蜂窝吸波结构的等效电磁参数并且取得了一定的效果。但需要指出的是，已经被用于实践的这些等效电磁参数计算方法仅仅考虑了蜂窝吸波结构各组分材料的本征电磁参数和占空比。因此，这些闭式理论表达式虽然使用方便，但所得到的计算结果却是不随频率的变化而变化的。

事实上，虽然传统的等效概念假设蜂窝结构的周期应远小于入射电磁波的波长，但许多研究的结果却表明，即使蜂窝结构的周期达到半个甚至一个入射波波长的长度，使用等效电磁参数来计算蜂窝结构的电磁响应依然具有相当的准确性，而对于有耗的蜂窝吸波结构，其周期甚至可以取得更大。换言之，对于蜂窝吸波结构来说，在一定的频段内，即使传统的长波长极限不再严格成立，均匀化的方法依然是合理的。某些研究人员称这个介于严格成立和完全失效的频段为中间频段，并且发现蜂窝结构的径向(或称为横向)等效电磁参数表现出了良好的线性增长特性。而另一些研究人员的实验结果中也出现了相似的线性增长特性。通过以上分析可以发现，在一个较宽的频段内，蜂窝吸波结构的等效电磁参数应该是具有色散特性的，而传统的等效理论表达式并不能反应这种随频率变化的特性。因此，需要进一步研究蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法以将原有理论表达式的适用范围进一步扩展至中间频段，从而提高宽频带内等效电磁参数理论计算的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法，解决了现有计算方法所得到的计算结果不能反映等效电磁参数色散特性的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种蜂窝吸波结构等效电磁参数的计算方法，具体按照以下步骤：

步骤1、推导强扰动理论框架；

步骤2、将蜂窝吸波结构的电磁参数和结构参数代入到步骤1中的强扰动理论框架中，得到蜂窝吸波结构等效介电常数张量和等效磁导率张量的基本闭式表达式，该表达式由初值部分以及色散特性函数部分组成；

步骤3、扩展步骤2所得初值部分，并对色散特性函数表达式进行简化，得到计算蜂窝吸波结构等效电磁参数的最终闭式表达式。