碳团簇型吸波材料的计算机辅助设计与实验研究

论文摘要

碳团簇型微波隐身材料，是我所从理论上根据对分子振转频率与结构之间的关系，通过计算而设计与研制的一种新型微波隐身材料。本文主要有以下三方面的工作：（1）研究了碳团簇型吸波材料的计算机辅助设计方法。（2）对不同温度下的碳团簇材料结构进行了表征；在理论指导下进行了实验研究。（3）采用遗传算法改进波导法测量材料的介电参数。利用遗传算法计算了双层碳团簇型吸波材料的等效电磁参数，并用其详细研究了厚度对吸波性能的影响，计算表明：对双层碳团簇型吸波材料而言，总厚度的变化对材料吸波性能影响很大，主要表现在微小的变化就会引起峰值的强烈移动；当总厚度不变时，改变吸收层与变换层的相对厚度，峰值强度变化较为明显，有效带宽则几乎没有变化。计算还发现：吸收层太薄或太厚都会影响吸收效果，存在一个最佳值（即厚度匹配）。当总厚度为2mm左右时，吸收层厚度为0.7mm，变换层厚度为1.3mm效果最好。实验制备了不同温度的碳团簇型吸波材料，利用傅立叶红外光谱（FT-IR）和扫描电镜（SEM）对炭化温度分别为700℃和1000℃的两种碳团簇材料结构及形貌进行了表征。FT-IR光谱表明：700℃与1000℃制备的材料其微观结构有较大差异，因此对微波的共振吸收性能也不相同；SEM图则显示碳团簇粉末在微观上成短切纤维状，截面呈圆形，长度在微米量级。依据计算结果，利用700℃与1000℃制备的材料作为吸收剂，实验研究了双层碳团簇型吸波材料的厚度匹配，采用驻波比法测量材料在金属板前的反射率，印证了理论计算，得到了具有较高实用价值的双层碳团簇型吸波材料。介绍了吸波材料测量表征的原理与方法，并重点研究了介电常数的测量，给出了利用波导测量线测量电磁参数的方法与步骤。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 隐身技术的概念
• 1.1.2 隐身技术简介
• 1.2 雷达吸波材料的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 新型雷达吸波材料
• 1.2.2 雷达微波隐身材料的发展趋势
• 1.3 计算机技术在吸波材料设计中的应用
• 1.3.1 吸波材料优化设计发展的三个阶段
• 1.3.2 吸波材料的优化设计方法
• 1.4 碳团簇型微波隐身材料的研究意义及特色
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 碳团簇型雷达吸波材料的计算机辅助设计
• 2.1 吸波材料多层设计的原理与方法
• 2.1.1 微波传输线理论
• 2.1.2 遗传算法
• 2.1.3 目标函数的构造
• 2.2 双层碳团簇型吸波材料等效电磁参数的计算
• 2.2.1 等效电磁参数的概念
• 2.2.2 利用遗传算法计算等效电磁参数
• 2.3 采用等效电磁参数研究厚度匹配
• 2.3.1 总厚度变化对吸波性能的影响
• 2.3.2 总厚度不变，吸收层厚度变化对吸波性能的影响
• 第三章 碳团簇型吸波材料结构表征与实验研究
• 3.1 碳团簇型吸波材料的制备
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 碳化工艺
• 3.2 结构表征
• 3.2.1 红外光谱分析
• 3.2.2 扫描电镜分析
• 3.3 双层碳团簇型材料的吸波性能研究
• 3.3.1 固定总厚度2.05mm
• 3.3.2 固定总厚度2.25mm
• 3.3.3 结果分析
• 3.3.4 关于计算方法的可行性分析
• 第四章 测量原理与方法
• 4.1 微波吸收材料反射率的测量
• 4.1.1 反射率测试装置
• 4.1.2 吸波材料性能测试原理
• 4.2 波导法测量介电参数
• 4.2.1 终端短路法
• 4.2.1.1 基本原理
• 0'>4.2.1.2 确定驻波最小点（节点）离介质样品输入端面的距离l₀
• 4.2.1.3 求解复超越方程
• 4.2.1.4 试样选择
• 4.2.1.5 测量步骤
• 4.2.2 长试样法测试原理
• 第五章 结论
• 攻读硕士学位期间参加科研项目、发表文章情况
• 致谢
• 附录
• 1 采用MATLAB遗传算法工具箱进行吸波材料优化设计使用说明
• 1.1 原理简介
• 1.2 关键术语
• 1.3 遗传算法的步骤
• 1.4 实例
• 1.4.1 目标函数构造
• 1.4.2 参数调节
• 1.4.3 运行结果
• 2 程序代码
• 2.1 吸波材料反射率计算
• 2.2 多层吸波材料优化目标函数M文件
• 2.3 多层吸波材料优化GA输入文件