一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法_曾子桁.pdf
《一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法_曾子桁.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法_曾子桁.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:2022-10-14通信作者:梁迪飞,教授,硕士,主要从事新型电磁波吸收剂、吸波材料及电磁功能复合材料与器件的研究与开发。E-mail:dfliang 电子元件与材料Electronic Components and Materials第 42 卷Vol.42第 5 期No.55 月May2023 年2023一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法曾子桁,梁迪飞,谢海岩,常 楠,柏 林(电子科技大学 国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心,四川 成都 611731)摘 要:调控电磁参数对吸波结构设计具有重要意义,首要在于电磁参数的获取,难点是吸收剂体积分数的计算。制备了不同质量占比的
2、 CIPs/Paraffin 复合材料,利用 Maxwell-Garnett 公式对吸收剂体积分数优化后计算其电磁参数。在 0.518 GHz 内,电磁参数的计算值与理论值基本吻合,得到了最佳吸收剂体积分数的计算方法。结论表明:该方法可准确获取吸波材料的等效电磁参数,对于吸波结构设计中确定吸波材料的配方具有一定指导意义。关键词:吸波材料;电磁参数;有效媒质理论;Maxwell-Garnett;优化计算中图分类号:TB34文献标识码:ADOI:10.14106/ki.1001-2028.2023.1618引用格式:曾子桁,梁迪飞,谢海岩,等.一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法 J.电子元
3、件与材料,2023,42(5):555-559.Reference format:ZENG Ziheng,LIANG Difei,XIE Haiyan,et al.An optimization calculation method of electromagneticparameters based on effective medium theory J.Electronic Components and Materials,2023,42(5):555-559.An optimization calculation method of electromagnetic parameters
4、based on effective medium theoryZENG Ziheng,LIANG Difei,XIE Haiyan,CHANG Nan,BAI Lin(National Engineering Research Center of Electromagnetic Radiation Control Materials,University ofElectronic Science and Technology of China,Chengdu 611731,China)Abstract:Modulation of electromagnetic parameters is o
5、f great significance for the design of absorbing structures.Theprimary task is to acquire the electromagnetic parameters,and the difficulty is to calculate the volume fraction of the absorber.CIPs/Paraffin composites were prepared with different mass ratios,where electromagnetic parameters were calc
6、ulated afteroptimization of absorber volume fraction using Maxwell-Garnett formula.The computed electromagnetic parameters werelargely consistent with the theoretical values from 0.5 to 18 GHz,and the calculation method was obtained to optimize theabsorber volume fraction.This method can accurately
7、obtain equivalent electromagnetic parameters of wave absorbingmaterials,and it has certain guiding significance for determining formulation of wave absorbing materials in the design ofwave absorbing structures.Keywords:absorbing material;electromagnetic parameters;effective media theory;Maxwell-Garn
8、ett;optimization calculations 随着电子设备广泛普及,电磁辐射危害日趋严重1。吸波材料可将大量电磁波吸收到介质内部,通过损耗将其转化耗散掉,从而减少电磁波危害,达到吸波效果2-3。影响吸波性能的主要因素为匹配特性和衰减特性,其主要依赖材料电磁参数4-5。若能获取材料电磁参数,仿真得到吸波性能,对吸波结构设计具有重要意义。根据文献表明,等效电磁参数可通过有效媒质理论计算6。该理论的基本思想是:假定复合材料中吸收剂与基体材料贡献等效,则电磁参数可由吸收剂与基体材料的体积比算出7。并在此基础上推导出了三个 经 典 公 式:Maxwell-Garnet8、Bruggeman
9、9、电子元件与材料Coherent-potential10。其中 Maxwell-Garnet 公式的适用条件是将基体材料假设为连续相,吸收剂假设为分散相11;而 Bruggeman 公式是在 Maxwell-Garnet 公式的基础上,将基体材料假设为分散相11;基于上述公式的理论,后续推导了 Coherent-potential 公式11。掌握理论方法有助于求解等效电磁参数12,但在计算过程中也需考虑实际因素,从而对计算做进一步优化改进13。吸波结构的优化设计包括材料配方和结构设计两方面,在确定材料结构件构型后,调控材料电磁参数14,对吸波结构进行优化设计。通常需要制备相应实物测试获取电磁
10、参数,若能基于有效媒质理论计算获取,可确定吸波结构件中满足条件的材料配方。目前关于等效电磁参数的计算大多假设在理想情况,计算结果与测试结果通常存在误差13。本文通过制备不同质 量 占 比 的 CIPs/Paraffin 材 料,利 用 Maxwell-Garnett 公式对吸收剂体积分数进行优化,结合计算机辅助软件,完成对吸波材料任意配方下电磁参数的快速计算,并提高了准确性,对有效媒质理论的后续研究具有指导意义6。1 等效电磁参数的优化计算本文研究对象是由吸收剂和基体材料均匀混合后制备的同轴圆环。满足基体材料为连续相,吸收剂颗粒为分散相,采用 Maxwell-Garnet 公式求解,针对球形吸
11、收剂,计算公式为15:eff=e+3Vmei-ei+2e-Vm(i-e)(1)式中:eff为复合材料介电常数;i为吸收剂介电常数;e为基体材料介电常数;Vm为吸收剂体积分数15。当使用该公式时,要求电磁波波长远大于吸收剂的粒径。此公式也适用于等效磁导率的计算11,需要将式(1)中的介电常数做相应替换,公式如下:eff=e+3 Vmei-ei+2 e+Vm(i-e)(2)1.1 等效电磁参数的传统计算基于上述公式(12),在已知基体材料和吸收剂的电磁参数后,可计算复合材料在任意比例下的电磁参数,实现复合材料等效电磁参数的计算。整个过程关键在于吸收剂的电磁参数计算,基体材料的电磁参数可通过制备 1
12、00%占比的同轴圆环测试获取,但制备100%吸收剂占比的同轴圆环却有很大难度,因为吸收剂粘结性通常较差,容易松散,并且吸收剂的导电性较强,相关设备不能对其进行测试。故吸收剂的电磁参数可利用 Maxwell-Garnett 公式反解得到,难点是计算吸收剂在复合材料中的体积分数。在传统的计算过程中,需要预先制备相应吸收剂与基体材料混合的同轴圆环,计算公式如下:3=m3m1/1+m2/2(3)式中:3为复合材料的密度;m3为复合材料的质量;m1和 m2分别为吸收剂和基体材料的质量;1和 2分别为吸收剂和基体材料的密度。同轴圆环为标准试样,其尺寸容易获取,即可计算得到同轴圆环的相应体积,同时对同轴圆环
13、进行质量测试,最终计算得到其密度 3。并且在制备同轴圆环时,已知其 m1和 m2的质量,基体材料的密度 2通常容易获取,故通过式(3)可计算得到吸收剂的密度 1,结合吸收剂的质量 m1计算出吸收剂在复合材料中的体积分数。再测试 100%基体材料占比和复合材料同轴圆环的电磁参数,利用公式(12)对其展开求解,计算得到吸收剂的电磁参数。综合以上获取的数据,最终可实现复合材料在任意配方下等效电磁参数的计算。利用传统计算方法得到的等效电磁参数与测试值通常存在一定的差异,因为计算的吸收剂密度并不能准确表示吸收剂在复合材料中的密度。在式(3)的计算中,已经假设基体材料的密度为固定值,但将基体材料与吸收剂混
14、合后,制备同轴圆环时所用的压力和复合材料的配方,对基体材料在复合材料中的密度有着极大的影响。所以通过传统方法计算吸收剂的密度不能最真实地反映吸收剂在复合材料中的密度。1.2 等效电磁参数的优化计算等效电磁参数优化计算的过程,如图 1 所示。本文关于等效电磁参数的优化计算,创新点是在计算吸收剂体积分数时进行了优化改进。采用传统方法计算等效电磁参数时,吸收剂的体积分数是通过对吸收剂密度展开求解,但在公式(12)中并没有涉及密度值,而是通过体积分数 Vm表示,所以可直接对吸收剂的体积分数进行求解。通过已知复合材料及基体材料的电磁参数,采用优化计算的方法,最终求得吸收剂密度655曾子桁,等:一种基于有
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 基于 有效 媒质 理论 电磁 参数 优化 计算方法 曾子桁
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。