核壳粒子复合材料电磁波吸收层的吸波特征研究.doc

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1、核壳粒子复合材料电磁波吸收层的吸波特征研究1王文娟，高原文,兰州大学土木工程与力学学院,兰州,甘肃,730000Email:wangwj2005@lzu.cnPhone:13919455225摘要:本文基于电磁波吸收和反射的基本理论,在探讨核壳粒子复合材料的等效电磁参数的基础上,针对核壳粒子复合材料的电磁波吸收层的吸波特征及其厚度的优化设计展开研究.分别探讨了由核壳粒子复合材料组成的单层,双层以及三层电磁波吸收层的吸波特征,给出不同入射角下功率反射系数与电磁波波长以及吸收层厚度之间的关系,确定其最佳电磁波吸收厚度.通过比较可以得出在同等条

2、件下,含核壳粒子吸收层的吸收性能明显优于传统的常规材料吸收层.关键词:核壳粒子复合材料;电磁波吸收层;功率反射系数;吸波层厚度优化引言新型电磁吸波材料不仅在军事的隐身技术领域,而且在降低微电子通讯系统的杂波干扰,消除电磁波对人体的辐射等领域都具有重要应用[1].核壳粒子复合材料作为一种新型的吸波材料,具有传统材料无法比拟的优点,其制备以及相关的电,磁,声,微波特性的研究一直是国内外学者关注的焦点之一[2].关于核壳粒子复合材料的研究,目前更多集中于对粒子复合材料等效的电,磁,声,微波特征参数的研究.Abe[3]推导了含椭球粒子的复合材料的

3、电导率与磁导率张量；AbeandKuroda[4]探讨了多层椭球壳核壳粒子的有效磁导率及其电导率;Peng[5]等人采用自相容方法探讨了含核壳粒子复合材料的等效电导率和磁导率..袁杰[7]等人采用单纯形法,实现了对入射于多层介质的电磁波的追踪计算,以及多层吸波材料的参数优选和分层组配等;唐宏[8]等人构造了目标函数,采用计算机筛选优化出各电磁波吸收层的最佳匹配厚度等;甘治平[9]等人采用基本遗传算法建立了在任意给定的厚度范围内对电磁波的吸收达到特定的反射损耗值有最大合格带宽的多层RAM的优化设计方法;亓家钟[10]等人对多层吸波材料的反射

4、率与电磁参数之间的关系进行了计算机模拟.1本文受国家自然科学基金（10672070，10302009）甘肃省自然科学基金等资助。基于这些研究,本文探讨了核壳粒子复合材料电磁波吸收层的等效电磁参数,吸波特征及其吸波层厚度的优化设计问题.给出了单层,双层,三层含核壳粒子吸波层的最佳匹配厚度等.探讨了电磁波吸波层的功率反射率与入射电磁波的波长,入射角之间的关系等.数值结果表明了在同等条件下,含核壳粒子的电磁波吸收层吸波性能明显优越于常规传统材料的吸波层.itHe00itHe0m12am11·b12n图1核壳粒子复合材料电磁波吸收层示意图

5、核壳粒子复合材料电磁波吸收层的有效磁导率及电导率由电磁场理论,Peng[5]等人采用自洽方法得到含核壳粒子复合材料的等效0电导率.同样的,若记基体的磁导率为,核壳粒子的核和壳的磁导率分别为1112为,.a,b分别为粒子的内外半径.以f表示核壳粒子在电磁波吸收层所占的体积分数,我们可以得到核壳粒子复合材料吸收层的有效磁导率:11011121101103()(2)(1k)f9()kf(1)1111121112112k()()(2)(2)3其中,k(a/b),a/b即核壳粒子

6、的内外半径之比.所以第n层的有效磁导率:11011121101103n(nn)(2nn)(1k)f9n(nn)nkf(2)nn1111121112112k()()(2)(2)nnnnnnnn同理,我们可以推导出第n层的有效电导率:11011121101103n(nn)(2nn)(1k)f9n(nn)nkf(3)nn1111121112112k()()(2)(2)nnnnnnnn含核壳粒子电磁波吸收层的功率反射系数的计

7、算电磁波吸收层的吸波强度可由其功率反射率来表征。本文采用传递矩阵[11]法，得到垂直极化下电磁波吸收层的功率反射率的表达式。现设为电磁[12]波的场强反射率，R为电磁波吸收层的功率反射率，则有：BDZc0(4)B+DZc02R20log(5)10其中：Z1/cos,表示电磁波的入射角。B,D与电磁波吸收层的电磁参c0数相关，可由转移矩阵方法得到:ABA1B1A2B2AnBn.....(6)CDC1D1C2D2CnDn2dn2式中:ADch(jsin

8、)nnnn012dn2Bsh(jsin)nnn/sin2nn022dn2C/sinsh(jsin)nnnnn0由式（4）-（6）可