[发明专利]一种异形蜂窝吸波结构的等效电磁参数提取方法

说明书

本发明属于计算电磁学技术领域，具体涉及一种异形蜂窝吸波结构的等效电磁参数提取。本发明首先建立一个蜂窝周期单元区域模型并将其划分为几个区域以解决部分划分区域不同介质分界面之间不平行的问题，根据复合材料的相关理论，将单元区域模型中部分划分区域的吸波涂层和非磁性基材等效为一种材料，然后基于蜂窝结构的尺寸参数和物理参数以及蜂窝变形的角度，最后总结得到异形蜂窝吸波结构在不同方向上的具体电磁参数的一般表达式。只需要测量得到蜂窝变形的角度，然后将其代入公式就可以得到其等效介电常数(磁导率)，为预测异形蜂窝吸波结构的等效电磁特性提供了相关的理论支撑，且获得的等效电磁参数准确度高。

技术领域

本发明属于计算电磁学技术领域，具体涉及一种异形蜂窝吸波结构的等效电磁参数提取。

背景技术

雷达吸波结构兼具承载功能和吸波性能，在军事和民用领域有着重要的应用。蜂窝吸波材料以其优异的电磁性能和力学性能在很多飞行器结构部件中得到了广泛的应用。异形(不规则正六边形)蜂窝在力学性能上与常规正六边形蜂窝相比具有明显优势，实验证明压缩或拉伸蜂窝优于传统蜂窝，并且压缩蜂窝具有优越的电磁性能。

在实际工程当中，一般要求蜂窝的形状是正六边形。但是由于实际制造工艺和实验条件的限制，并不能保证它是一个完整的正六边形吸波蜂窝结构。更多的时候，它是以压缩蜂窝模型的形式出现的，压缩形式是沿六边形蜂窝的一条对角线方向。一般情况下，人们希望找到一种简便、快速的方法来预测蜂窝吸波结构的等效电磁参数，使用这种方法可以直接获得各向异性蜂窝结构的电磁特性，而无需进行实验测量或模拟仿真。但是目前还没有针对异形蜂窝吸波结构的等效电磁参数提取方法。

考虑一个正六边形蜂窝结构，其等效电磁特性为横向各向同性。而对于压缩或拉伸的蜂窝结构，则表现出明显的双轴各向异性。而且与传统的正六边形蜂窝结构相比，异形蜂窝的几何结构相对复杂。至今，其电磁特性还没有得到准确的表征。因此，从这个角度出发，有必要建立一种描述其等效电磁特性与异形蜂窝结构本身参数关系的准确表达式，为蜂窝结构吸波材料的设计提供重要的理论支撑。

发明内容

针对上述所提出的问题或不足，为解决提取异形蜂窝吸波结构等效电磁参数不方便和不够准确等问题。本发明提供了一种异形蜂窝吸波结构的等效电磁参数提取方法，首先建立一个蜂窝结构的单元模型，接着提出了一种类似等效媒质理论的方法，即将简化后的结构模型其中部分区域的吸波涂层和非磁性基材等效为一种材料，然后基于蜂窝结构的尺寸参数和物理参数，最后给出了适用于计算异形蜂窝结构各向异性等效电磁参数的一般表达式。

吸波蜂窝结构是由三相介质组成的，分别包含蜂窝的基材(一般为芳纶纸)、吸波涂层和空气。取蜂窝周期结构中的一个单元模型如图2a所示，蜂窝的主要结构参数有：蜂窝的壁厚w，蜂窝的吸波涂层厚度t，蜂窝孔径的外边长l。

此方法的具体技术思路如下：

步骤1、首先建立一个计算的蜂窝周期单元区域模型，并对其进行区域划分。

由于蜂窝吸波结构是具有二维周期性的，且满足尺寸远小于波长的关系。所以取其中一个单元模型来研究其等效电磁特性是可行的；又因为单元模型是一种严格对称的结构，所以只需要研究单元模型部分区域就可得到整体的电磁特性。

选定一个矩形区域作为计算的蜂窝周期单元区域，其内包含一个完整的蜂窝孔单元；矩形区域的宽边区域以所含蜂窝孔单元的一组对边外侧为界，矩形区域的长边以所含蜂窝孔单元的对角线向其两端均延伸半条蜂窝孔单元边的长度为界，所述对角线与矩形长边平行；以矩形区域的宽边作为Z轴，宽边中线作为X轴正方向建立坐标体系；从矩形区域内蜂窝孔结构在X轴正方向的空气区域拐角处向X轴做垂线对整个矩形区域进行区域划分，划分后从左至右依次为1-5区域。如图2a和2b所示为蜂窝结构的单元模型示意图。