本發(fā)明涉及電磁吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計算的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
術(shù)語解釋：①金屬背襯雷達波吸波材料：如圖1所示，吸波材料的電磁特性用磁導(dǎo)率μ′、μ″(μ′為實部，μ″為虛部)表征，和介電常數(shù)ε′、ε″(ε′為實部，ε″為虛部)表征；底層為金屬背襯，材料厚度為t。②吸波特性：如圖2所示，吸波特性曲線包含的重要參數(shù)有：1)峰值頻率f0，單位吉赫茲(GHz)；2)反射損耗RL，即電磁波的反射功率和入射功率之比，以分貝(dB)表示；3)吸收帶寬△f，單位GHz。③完全匹配：吸波材料的波阻抗與相鄰空氣介質(zhì)的波阻抗相等，即輸入阻抗等于1狀態(tài)，此時吸波性能最好。完全匹配點的反射損耗曲線如圖3中反射損耗曲線(b)所示，在完全匹配點，吸波材料的厚度叫完全匹配厚度。④有限匹配：吸波材料的輸入阻抗大于1或小于1，但存在吸收峰，此時吸波性能較好，但相對于完全匹配的反射損耗值小，有時甚至小很多。有限匹配反射損耗效果如圖3中的曲線(a),(c),(d)所示。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，吸波材料被廣泛應(yīng)用于通訊，家用電器，計算機及國防軍事領(lǐng)域。吸波材料能減小電磁干擾和電磁環(huán)境污染，改變目標(biāo)對電磁波的反射性能，使武器平臺的電磁波反射截面大大降低。在吸波材料的制備中，為了獲得較好或最好的吸波性能，必須進行阻抗匹配的優(yōu)化，找出該材料在確定頻率下有限匹配及完全匹配狀態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(厚度)，以及各自對應(yīng)的吸波特性曲線?，F(xiàn)有技術(shù)：第一種方法：對鐵氧體材料，日本Naito小組給出計算公式：其中t為樣品厚度，c為光速，f為電磁波頻率，μr″為樣品磁導(dǎo)率虛部。所用的公式(1)是1971年日本Naito小組對鐵氧體材料設(shè)定輸入阻抗為1，作了很多近似之后導(dǎo)出的，不僅沒有普遍性，且隱含了“磁損耗決定吸波特性”的概念，是一種誤導(dǎo)。實際應(yīng)用該方法進行材料設(shè)計的幾乎沒有，但在發(fā)表文章中至今仍常被引用。第二種方法：以傳輸線理論為基礎(chǔ)的作圖法。其理論公式為：這種方法假定公式(2)中，在做一定近似情況下，用作圖法可以得到μr′，μr″，εr′，vr″，f，t的關(guān)系，如圖4所示，最終求得材料的完全匹配厚度。但是計算過程中用了較多的近似，過程復(fù)雜，操作性不強，且只限于討論完全匹配條件下的吸波特性，既不夠準(zhǔn)確，也不能全面評價材料的吸波特性。圖4為作圖法所得參數(shù)關(guān)系圖示例。第三種方法：以傳輸線理論為基礎(chǔ)的計算，綜合歸納法，這種方法是利用公式(2)和(3)，任意給定起始厚度，終結(jié)厚度及厚度間隔而計算其阻抗和吸收特性。其主要缺點是：(1)不能直接找到完全匹配點的頻率和厚度，并對其頻率、帶寬、強度進行設(shè)計；(2)不能對所選材料直接確定指定頻率下的匹配厚度，只能反復(fù)調(diào)整參數(shù)，逐步接近。每次計算過程中只能給定一個厚度，在計算量不足的情況時容易漏掉完全匹配厚度，實驗上也是噴一層測一次，如果噴涂得過厚了，只能進行打磨。這種方法效率低下，如果要獲得涂層材料的完全匹配頻率，只能進行反復(fù)的交叉實驗，周期會很長，嚴重影響吸波涂層或貼片的生產(chǎn)效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種簡潔高效的阻抗匹配優(yōu)化方法，利用這種方法可以確定每種吸波材料的完全匹配點和全部有限匹配點的相關(guān)參數(shù)，給出完全匹配和全部有限匹配點的頻率、厚度及全部吸波特性參數(shù)，從而使金屬背襯電磁吸波材料的制備更加快速，高效。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計算的優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計算上述吸波材料在每個電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；C、根據(jù)輸入阻抗計算公式計算上述匹配厚度下每個電磁波頻率所對應(yīng)的輸入阻抗；D、根據(jù)反射損耗強度計算公式和/或上述步驟B的計算結(jié)果和/或步驟C的計算結(jié)果，計算吸波材料的吸收特性，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。進一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計算結(jié)果計算給定峰值頻率下的匹配厚度值，進而根據(jù)匹配厚度值制備吸波材料。進一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計算結(jié)果計算吸波材料出現(xiàn)吸收峰的厚度范圍，進而根據(jù)厚度范圍制備吸波材料。進一步，所述步驟C中的輸入阻抗計算公式具體為：其中c是真空中光速，fm是電磁波頻率，dm是吸收層厚度，εr為復(fù)數(shù)介電常數(shù)，μr為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率。進一步，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強度計算公式和步驟C的計算結(jié)果計算是否存在完全匹配點，若是則確定完全匹配點，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。進一步，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強度計算公式和步驟C的計算結(jié)果計算完全匹配點的厚度、頻率或厚度與頻率的乘積，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。進一步，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟C的計算結(jié)果計算吸波特性曲線，進而得出對應(yīng)的吸收峰頻率、反射損耗強度和吸收帶寬，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。進一步，所述步驟A中吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量獲得。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明按照網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)，建立多重匹配厚度模型，計算在各種匹配厚度情況下吸波材料的匹配阻抗，進而得到阻抗匹配狀態(tài)下反射損耗曲線峰值點的包絡(luò)線；同時，根據(jù)阻抗等于1的條件，我們可以得到完全匹配厚度和完全匹配頻率。由于結(jié)合了匹配厚度和阻抗等于1兩方面的計算，使得阻抗匹配的優(yōu)化相對于已有方法更加簡潔高效，結(jié)果也更加準(zhǔn)確，應(yīng)用本發(fā)明所述方法能夠使電磁波吸收材料的制備快速準(zhǔn)確地完成。本發(fā)明不僅適用于鐵氧體磁粉復(fù)合材料，還適用于金屬磁粉復(fù)合材料、介電微粉復(fù)合材料及陶瓷塊體材料。附圖說明：圖1金屬背襯電磁波吸波材料結(jié)構(gòu)圖；圖2吸波特性曲線圖；圖3完全匹配和有限匹配吸波特性曲線圖；圖4作圖法所得參數(shù)關(guān)系圖示例；圖5本發(fā)明的步驟流程圖；圖6一級匹配厚度與頻率的關(guān)系圖示例；圖7與圖6相對應(yīng)的輸入阻抗與頻率的關(guān)系圖；圖8與圖7相對應(yīng)的完全匹配吸波特性曲線圖；圖9根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的軟件界面圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：參照圖5，一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計算的優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：A、獲取吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率μr和復(fù)數(shù)介電常數(shù)εr；B、根據(jù)匹配厚度公式分別計算上述吸波材料在每個電磁波頻率下的一級、三級、五級匹配厚度；匹配厚度計算：當(dāng)一束電磁波垂直入射到樣品表面，由于樣品阻抗與空氣阻抗不匹配，一部分電磁波被樣品前界面反射，而其余部分電磁波進入樣品。進入樣品內(nèi)部的電磁波有一部分被材料損耗吸收，而剩余部分則會被樣品背面的金屬板反射后穿出前界面。當(dāng)這兩束反射的電磁波的相位差為180°時，就會在樣品前界面相互抵消。根據(jù)這一模型，就可以計算當(dāng)電磁波頻率為fm時，用該頻率下材料的介電常數(shù)εr，和磁導(dǎo)率μr，計算匹配厚度tm：根據(jù)匹配厚度計算公式(4)分別計算當(dāng)n＝1、n＝3或n＝5時，每個頻率所對應(yīng)的匹配厚度，分別得出吸波材料的一級、三級、五級匹配厚度關(guān)系圖。其中一級匹配厚度關(guān)系如圖6所示。C、根據(jù)輸入阻抗計算公式計算上述匹配厚度下每個電磁波頻率所對應(yīng)的輸入阻抗；輸入阻抗是復(fù)數(shù)。在歸一化輸入阻抗等于1的時候可以得到完全匹配。圖7為與圖6相對應(yīng)的輸入阻抗與頻率的關(guān)系圖。D、根據(jù)反射損耗強度計算公式和/或上述步驟B的計算結(jié)果和/或步驟C的計算結(jié)果，計算吸波材料的吸收特性，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。反射損耗強度計算公式即公式(3)。根據(jù)輸入阻抗計算結(jié)果，進而通過反射損耗強度計算得出完全匹配時的吸波特性曲線(圖8)。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計算結(jié)果計算給定峰值頻率下的匹配厚度值，進而根據(jù)匹配厚度值制備吸波材料。給定頻率下的吸波材料的匹配厚度設(shè)計：在實際應(yīng)用中非常重要，如國際互聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽頻率915MHz，2.45GHz，5.9GHz等等，后面需要一塊電磁波吸波材料，給定涂層后，根據(jù)我們前面的匹配厚度模型就可以設(shè)計相應(yīng)匹配頻率的匹配厚度。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟B的計算結(jié)果計算吸波材料出現(xiàn)吸收峰的厚度范圍，進而根據(jù)厚度范圍制備吸波材料。在吸波材料的制備過程中將厚度限制在上述計算的厚度范圍中，可以使制備過程更快。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟C中的輸入阻抗計算公式具體為：其中c是真空中光速，fm是電磁波頻率，dm是吸收層厚度，εr為復(fù)數(shù)介電常數(shù)，μr為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率。Zin即歸一化輸入阻抗。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強度計算公式和步驟C的計算結(jié)果計算是否存在完全匹配點，若是則確定完全匹配點，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。確定匹配點：通過公式(5)，根據(jù)吸波材料是否存在阻抗等于1的條件可以將吸波材料分類：(1)無完全匹配點，即頻率范圍內(nèi)阻抗都不等于1，但仍存在多個吸收峰，此時吸波性能相對較好；(2)有一個完全匹配點，即頻率范圍內(nèi)只有一個頻率點的阻抗等于1，即存在一個吸波性能最好的點；(3)有多個完全匹配點，即頻率范圍內(nèi)有多個點阻抗等于1，即存在多個吸波性能最好的點。制備過程中根據(jù)上述計算結(jié)果，使得精確度更高，制備過程更快。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟D具體為：根據(jù)反射損耗強度計算公式和步驟C的計算結(jié)果計算完全匹配點的厚度、頻率或厚度與頻率的乘積，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。吸波材料制備過程中引入完全匹配厚度和完全匹配頻率的乘積作為衡量吸波材料性能的指標(biāo)，由于結(jié)合了匹配厚度模型和阻抗匹配情形下的輸入阻抗兩方面的計算，使得完全匹配的計算相對于作圖法更加準(zhǔn)確高效，并且計算方法不僅適用于鐵氧體磁粉復(fù)合材料，還適用于金屬粉體吸波復(fù)合材料?？梢杂糜谠O(shè)計完全匹配厚度、完全匹配頻率、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率、復(fù)數(shù)介電常數(shù)和比值模量等數(shù)據(jù)表格。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟D具體為：根據(jù)步驟C的計算結(jié)果計算吸波特性曲線，進而得出對應(yīng)的吸收峰頻率、反射損耗強度和吸收帶寬，進而根據(jù)計算結(jié)果制備吸波材料。根據(jù)計算所得的吸收峰頻率、反射損耗強度和吸收帶寬，在制備過程中控制到吸波材料的最佳吸收效果，其方法精確、直觀，且避免了制備過程中的重復(fù)操作。進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟A中吸波材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量獲得。導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)分析儀測量置于同軸空氣線中的環(huán)形復(fù)合材料樣品得到的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)。根據(jù)上述實施方式，我們將本發(fā)明一種金屬背襯電磁吸波材料吸波阻抗計算的優(yōu)化方法設(shè)計成計算機軟件，并將其應(yīng)用于吸波材料制備控制，其軟件界面如圖9。該軟件導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)分析儀測量吸波材料樣品的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)，首先計算一級、三級和五級匹配厚度；再計算在各種匹配厚度下吸波材料的輸入阻抗；通過阻抗等于1的條件我們可以得到完全匹配厚度和完全匹配頻率，使得完全匹配的計算相對于現(xiàn)有方法更加簡潔方便，高效準(zhǔn)確，并運用計算所得結(jié)果控制吸波材料的制備過程。以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。