一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件的构造方法与流程

1.本发明涉及装备外形伪装技术处理领域，尤其涉及一种专门针对各种武器装备电磁散射特征可调控，包括飞机、舰船等目标，用于干扰、欺骗敌方装备的探测。


背景技术：

2.装备伪装会采用特殊的外形和特殊的材料来减少其雷达反射面积，以低散射为主的装备通过外形将雷达波反射到特定的角度，避免雷达波回到雷达接收机，并采用雷达吸波材料来吸收雷达波能量，以此降低其被反射的强度。但是，当装备一旦被雷达锁定，在弹目交会过程中其近场散射特性通常难以改变。目标的电磁特征主动调控技术为武器装备散射特性控制提供了新的思路：具备主动调控技术的军用装备不仅在远场下可实现散射特征伪装，而且在近场弹目交会过程中通过调控散射特性能诱导敌方武器偏离真实目标，提高装备的生存能力。
3.电磁特征主动调控技术所涉及的样件需要具备多波段、宽频带、简易化、响应快、电磁波传输/反射特性兼顾的特点，然而目前各类有源类辐射单元结构和无源类可调谐材料样件都未满足上述所需要具备的特点。国内外学者对于目标电磁特征主动调控技术提出了系列方案，然而各种设计理念和应用产品尚不能完全满足各类装备的需求。因此，开展新型目标电磁特征主动调控技术研究成为当前的迫切需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件，结合可调谐电磁材料的设计和调控方法、可调控标准样件的制备，实现电磁特征主动调控的目的，解决现有技术中存在的问题和限制。同时，基于该可调控样件的结构设计特征，也便于满足标准样件的其他性能要求，如轻质、方便装配等。
5.为达到上述目的，本发明提供了一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件的构造方法，包括以下步骤：
6.s1、对微颗粒进行金属化处理，得到金属微颗粒；
7.s2、构造金属三面角：采用焊接的方式粘结三个相同的等腰三角形平板的顶角以及相邻两个等腰三角形平板的腰边，形成无底面的锥形结构；
8.s3、构造基于金属微颗粒的可调控面板，该可调控面板的内部设置有多个可填充导电液体的空腔，形成多个导电液体支路；
9.s4、可调控样件的总装与模拟：将步骤s3构造得到的可调控面板设置于步骤s2构造得到的金属三面角的锥形结构的底面，构成可调控样件；针对不同的频率需求，控制可调控面板中的各个导电液体支路处于通电或断电的不同状态，实现电磁散射可调控的目的。
10.进一步，所述金属微颗粒可以为碳纤维、碳纳米管、螺旋藻，其长径比为20-100，颗粒粒径为0.5μm-30μm。
11.所述步骤s1包括以下步骤：
12.s11、对微颗粒进行表面清洗、分散处理；
13.s12、对微颗粒表面进行化学镀处理；
14.s13、对完成所述化学镀处理的微颗粒金属表面进行电镀处理。
15.其中，选用的化学镀金属为cu、conip、fe、co，选用的电镀金属为ag、au。
16.进一步，每个等腰三角形平板的顶角为60
°‑
90
°
，腰长为200mm-400mm。
17.所述步骤s3包括以下步骤：
18.s31、导电液体配制：所述导电液体由步骤s1制备得到的金属微颗粒和硅油混合而成，并采用分散剂分散，其中，金属微颗粒和硅油的体积添加比为0.03-0.25；
19.s32、可调控面板尺寸设计：可调控面板为等边三角形平板，其边长为等腰三角形平板的底边长，可调控面板厚度为3mm-5mm；
20.s33、构造可调控面板：可调控面板采用柔性橡胶材料，由3d打印技术制备，且该可调控面板的内部等距离间隔设置有多个等宽度、等厚度的空腔，各个所述空腔均与等边三角形平板的其中一条边长垂直设置，该条边长作为等边三角形平板的底边，另外两条边长作为等边三角形平板的腰边；
21.s34、导电液体填充与电路布置：将步骤s31配置得到的导电液体填充入步骤s33构造得到的可调控面板的各个空腔；每个空腔两端设置一对导电电极；将每对导电电极所在的导电液体支路并联，并分别与数字电路控制单元连接。
22.进一步，每对导电电极之间施加的电压为24v-40v，频率为200-2000hz。
23.相邻两个空腔之间间隔的距离周期d为5mm-10mm，每个空腔的宽度w为2mm-6mm，每个空腔的厚度t为1mm-3mm，且各个所述空腔的其中一端距离等边三角形平板的底边距离p为3mm-5mm，各个所述空腔的另一端距离等边三角形平板的腰边距离g为3mm-5mm。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1、本发明提供了一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件，采用柔性导电材料，结构具有较大的孔隙率，具备柔性和轻质特性。
25.2、本发明提出的一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件在兼顾柔性、不同极化的基础上，具备宽带低散射特性和实时可调控功能。
26.3、本发明通过电场控制材料的导电特性，能够实现不同波段的电磁调控，具备更加优良的宽带雷达响应特性。
附图说明
27.图1为本发明的电磁特征主动调控标准样件结构总体示意图；
28.图2为本发明的金属三面角结构示意图；
29.图3为本发明的可调控面板剖面示意图；
30.图4为本发明的电磁波入射可调控样件示意图；
31.图5为本发明的电磁散射可调控样件不同状态雷达散射截面曲线。
具体实施方式
32.以下结合附图，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
33.需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
34.需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
35.本发明提供了一种基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件的构造方法，具体的构造步骤如下：
36.s1、对低渗漏阈值微颗粒进行金属化处理。
37.低渗漏阈值微颗粒可以为碳纤维、碳纳米管、螺旋藻等，长径比为20-100，颗粒粒径为0.5μm-30μm，本实施例优选大长径比螺旋藻，其中，低渗漏阈值微颗粒指的是在混合物中所占体积比低于10％就能实现导电功能的导电颗粒；大长径比指的是微颗粒的长度和直径的比值高于10。
38.进一步，微颗粒金属化的具体步骤为：
39.s11、对微颗粒进行表面清洗、分散等处理；
40.s12、对微颗粒表面进行化学镀处理，选用的化学镀金属可以为cu、conip、fe、co等金属或合金，本实施例优选cu金属；
41.s13、对完成所述化学镀处理的微颗粒金属表面进行电镀处理，得到金属微颗粒，选用的电镀金属可以为ag、au等高导电金属，本实施例优选ag金属。
42.s2、构造金属三面角1。
43.金属三面角1由三个三角形金属板构成，三个三角形金属板为形状以及尺寸均完全相同的等腰三角形平板，采用焊接的方式粘结三个等腰三角形平板的顶角以及相邻两个等腰三角形平板的腰边，形成如图2所示的无底面的锥形结构，即为所述的金属三面角1。
44.具体地，每个等腰三角形平板的顶角可为60
°‑
90
°
，腰长可为200mm-400mm，本实施例优选顶角90
°
、腰长300mm、底边长的等腰三角形平板。
45.s3、构造基于金属微颗粒的可调控面板2。具体步骤为：
46.s31、导电液体配制；
47.所述导电液体由步骤s1制备得到的金属微颗粒和硅油混合而成，并采用分散剂分散。其中，金属微颗粒和硅油的体积添加比可以为0.03-0.25，本实施例优选体积比为1/9。
48.s32、可调控面板2尺寸设计；
49.所述可调控面板2为等边三角形平板，尺寸根据所述金属三面角1的尺寸来设定，等边三角形平板的边长为等腰三角形平板的底边长，即所述可调控面板2的厚度可以为3mm-5mm，本实施例优选厚度3mm。
50.s33、构造可调控面板2；
51.所述可调控面板2采用柔性橡胶材料，由3d打印技术制备；如图3所示，所述可调控面板2为步骤s32所设计得到的等边三角形平板，且该可调控面板2的内部等距离间隔设置有多个等宽度、等厚度的空腔3，各个所述空腔3均与等边三角形平板的其中一条边长垂直设置；该条边长作为等边三角形平板的底边，另外两条边长作为等边三角形平板的腰边。
52.进一步，多个空腔3的排布如图3所示，相邻两个空腔3之间间隔的距离周期d可以为5mm-10mm，每个空腔3的宽度w可以为2mm-6mm，每个空腔3的厚度t(图中未示)可以为1mm-3mm，且各个所述空腔3的其中一端距离等边三角形平板的底边距离p可以为3mm-5mm，各个所述空腔3的另一端距离等边三角形平板的腰边距离g可以为3mm-5mm，本实施例优选距离周期d为5mm，宽度w为2mm，厚度t为1mm，距离底边距离p为5mm，距离腰边距离g为5mm。
53.s34、导电液体填充与电路布置；
54.首先将步骤s31配置得到的导电液体填充入步骤s33构造得到的可调控面板2的各个空腔3中，该填充步骤可采用注射技术完成；
55.之后在每个空腔3的两端均设置一对导电电极，每个导电电极须与空腔3的导电液体电连接，每个导电电极的一端设置在空腔3内部，另一端设置在可调控面板2外部，并采用硅胶对注射孔和导电电极交界面进行密封；其中，由于可调控面板2的每个空腔3的两端均连接有一对导电电极，因此每对导电电极的通电或断电状态将互不影响；
56.最后，将每对导电电极所在的导电液体支路并联，并分别与数字电路控制单元连接，采用所述数字电路控制单元控制每个导电液体支路的通电或断电状态。每对导电电极之间所施加的电压可以为24v-40v，频率可以为200-2000hz，本实施例优选电压30v，频率1000hz。
57.s4、可调控样件的总装与模拟；
58.将所述的可调控面板2设置于步骤s2构造得到的金属三面角1的锥形结构的底面，且可调控面板2的每条边长分别与金属三面角1的各个等腰三角形平板的底边连接，构成可调控样件；
59.针对不同的频率需求，采用可调控样件中的合适的周期阵列实现所需要的周期阵列的通电和断电，即通过数字电路控制单元控制可调控面板2的每个导电液体支路的通电或断电状态，实现电磁散射可调控的目的。
60.优选地，如图4所示，针对8ghz的频率，入射电磁波为垂直极化状态，对比分析电磁散射可调控样件不同通电状态下的rcs(雷达散射截面)，以入射电磁波在xoy平面内，入射方向与x轴形成的夹角(即角度)为横坐标，rcs为纵坐标建立图像，得到图5所示的电磁散射可调控样件不同状态雷达散射截面曲线。
61.进一步，如图5所示，对比分析三种不同的通电状态，分别为：所有空腔3的导电液体支路处于未通电情况、所有空腔3的导电液体支路处于通电情况、各个空腔3的导电液体支路每间隔一个处于通电情况。可以看出，全部未通电和全部通电这两种不同通电状态下，可调控样件的rcs存在较为明显的区别：在角度为0
°
时，两种状态下的rcs具有最小偏差值，达到12db左右；在角度增加到45
°
的过程中，两种状态下的rcs的偏差值基本保持在20db以上，表明可调控样件具有较好的电磁散射调控性能。当各个空腔3的导电液体支路每间隔1个处于通电情况时，可调控样件的rcs介于全部未通电和全部通电这两种情况之间；与全部未通电状态下的rcs相比，当空腔3的导电液体支路每间隔1个通电时，在0
°
时，可调控样件
的rcs降低了6db；在0.5
°
、44
°
、44.5
°
时，可调控样件的rcs降低了9db左右；在其他角度，可调控样件的rcs都降低了10db以上，表明其rcs调控数量级可以较为容易的控制。
62.进一步，除了上述三种不同的通电状态，通过数字电路控制单元控制每对电极的通电或断电状态，能够实现每个空腔的导电液体支路在时间和区域上不同分布的控制，可以实现更多的不同周期阵列的通电状态，比如：空腔的导电液体支路每间隔两个通电、空腔的导电液体支路每间隔两个不通电等等，这使得可调控样件的通电状态较易控制，从而使得其rcs较易调控，实现可调控样件的电磁散射调控性能。
63.综上所述，与现有电磁特征主动调控技术相比，本发明所提供基于微颗粒的电磁特征主动调控的标准样件的构造方法，能够实现不同波段的电磁调控，具有更好的宽带雷达响应特性。
64.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。