[发明专利]一种利用等离子涂层减小电磁波在金属表面反射的方法

说明书

一种利用等离子涂层减小电磁波在金属表面反射的方法，在金属表面涂覆多层不同介质的等离子涂层根据入射电磁波的频率特性分析和确定涂覆的等离子涂层参数，包含以下步骤：S1、根据先验经验，初步确定等离子涂层参数，并据此得到等离子涂层模型；S2、结合已知的入射电磁波方程和S1中得到的等离子涂层模型，建立电磁波在等离子涂层中传播的模型；S3、逐层计算入射电磁波在分界面的反射和透射系数，并累积为总电磁波反射系数；S4、多次更换等离子介质种类，调整等离子的电子密度，改变等离子涂层厚度，重复步骤S3，观察电磁波实际反射情况，从中择优选取涂层参数。本发明的优点是：电磁波在等离子涂层中被最大限度的吸收，实现较小的电磁波反射。

技术领域

本发明涉及雷达目标电磁散射特性计算技术领域，具体涉及一种利用等离子涂层减小电磁波在金属表面反射的方法。

背景技术

所谓隐形飞行器，指的是飞行器不能被雷达之类的电磁探测器发现。其实质是飞行器将探测电磁波完全或近似完全吸收，不反射或少反射电磁波。多层不同材质、密度的等离子涂层是一种较佳的选择方案。

如图1所示，平面电磁波入射多层等离子涂层时，在不同介质的分界面上产生反射和折射，最终到达等离子涂层所附着的金属表面。最理想状态是，当电磁波到达金属表面时已不发生反射，这意味着等离子涂层已完全吸收入射电磁波，成功达到飞行器隐身的目的。

等离子体被称为是除气体，液体和固体之外物质存在的第四种状态，是由大量正电荷和负电荷组成的一种离子化气状物质。电磁波和等离子体的作用存在频率飘移、能量的非线性吸收等不同于和传统物质作用的现象，目前为止电磁波和等离子体作用机理仍然没有得到完备的解释。而在飞行器隐身设计中，利用合适的等离子层设计减小电磁波的反射研究具有重要意义。

目前存在的方法主要是通过提取等离子体的等效参数进行简化求解。主要途径有通过理论分析方法，该方法缺陷在于只能进行极其简单的理想化几何模型的求解。

西安电子科技大学的石磊等人，通过建立动态的等离子体鞘套电子密度数学模型，采取了WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin method)方法获取电磁波传播特性。进而进一步建立动态的等离子体鞘套电磁波传播方法(石磊，姚博，李小平，杨敏，刘彦明，一种快速的动态等离子体鞘套电波传播计算方法，发明专利，CN105260507,2016年1月20日)。但是该方法只能计算一维等离子体电磁散射模型。西安电子科技大学的李江挺等人采用蒙特卡洛方法，将等离子体随机模拟成为多个椭球散射体，通过计算椭球散射体的内场，求解Helmholtz积分方程得到远场区的散射场(李江挺，杨少飞，郭立新，孙详，王志军，周新博，一种烧蚀飞行器表面的电磁散射仿真方法，发明专利，CN105574296,2016年5月11日)。通过对多个样本的叠加重复计算，得出远场的平均值。但是该方法基于完全的蒙特卡洛方法，缺乏有效的理论支撑。南京理工大学陈如山等人在2013年发表的“超高速飞行目标的电磁散射分析方法”专利中，针对包裹在超高速飞行目标周围的非均匀等离子体，采用了体面积分的近似方法，理论推导了电磁波入射下的散射特性，并给出了典型钝锥体目标雷达散射截面数值计算结果。然而该专利中没有给出优化的等离子参数设置从而达到所需的电磁波散射效果(陈如山，樊振宏，丁大志，陶诗飞，盛亦军，陈峰，呼延龙，沙侃，叶晓东，超高速飞行目标的电磁散射分析方法，南京理工大学，发明专利，专利号CN103198227A，2013年7月1日)。但是该方法理论推导复杂，只能计算静止等离子体鞘套模型，缺乏具体的应用背景。