[发明专利]一种宽带多层电磁波吸收材料的设计方法

说明书

本发明的一种宽带多层电磁波吸收材料的设计方法，是将遗传算法的设计思想引入多层磁性吸波材料的设计中，结合拟定的适应度函数，实现了宽频带的多层电磁波吸收材料的快速设计。遗传算法是借鉴生物进化过程中选择，交叉，变异过程发展而来的随机全局搜索优化算法。遗传算法使用适者生存的原则，通过计算父代中每一个个体的适应度值，然后将优势个体进行遗传操作，在一代代的进化中搜索，保留适应度最大的个体，直至满足遗传算法进化代数的设定后，输出保留的最优结果作为设计结果，进而完成宽频带多层电磁波吸收材料的优化设计。相较于现有的多层吸波材料设计方法，本发明无需反复试验即可得到符合需求的多层吸波材料，且耗时短、成本低。

技术领域

本发明属于吸波材料设计领域，尤其涉及一种宽带多层电磁波吸收材料的设计方法。

背景技术

随着雷达探测技术的快速发展，雷达探测使用的电磁波频段已经覆盖了相当宽的范围，从L波段至Ku波段，对己方军事目标的威胁越来越大，而传统的单一吸波材料吸收峰单一、吸波频段窄，难以满足当前宽带薄型的吸波性能需求。同时，随着各种通信技术的普及，频谱资源的使用也逐渐向微波波段移动，这些频率的电磁波对人体健康会造成一定的影响。因此，实现宽带吸波已成为当前电磁波吸波技术领域的一个急需解决的技术问题。

为了拓宽吸波材料的吸波频段，传统的方法是：通过提升吸波材料在各频段的磁导率，进而增加吸波材料在各频段范围内对电磁波的吸收。但是，现有的研究表明，仅仅依靠提升材料本征的吸波性能，很难实现优良的宽带吸波效果。磁性材料适合用于设计宽带吸波材料，但是大多数磁性材料如羰基铁、铁硅铝等，选择某一材料的某一比例后，其共振吸收频率一般在2～18GHz的某个频率范围内，难以实现在全频带的宽带吸收，所以需要设计多层不同比例不同材料的叠层吸波材料。现有的多层吸波材料设计通常采用试验的方法，找寻最优结果。这种方法往往工作量大，花费时间长，实验原料的浪费也大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带多层电磁波吸收材料的设计方法，以克服现有多层吸波材料设计方法存在的试验工作量大、耗时长、实验原料浪费的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种宽带多层电磁波吸收材料的设计方法,包括以下步骤：

S1、收集不同种类、不同比例的吸波材料的电磁参数，建立吸波材料数据库；

S2、基于遗传算法完成多层吸波材料的设计，具体过程为：

S2-1、设定多层吸波材料的目标参数，目标参数包括：目标频段、最小反射损耗、层数、总厚度约束、单层厚度精度、以及遗传参数；其中，遗传参数包括：进化终止代数、交叉概率和变异概率值；

S2-2、利用步骤S1收集的材料种类、结合步骤S2-1设定的单层厚度精度、层数进行编码长度计算，得到每个个体的二进制编码总长度；依据得到的每个个体的二进制编码总长度随机生成初始种群，即第一代种群；

S2-3、对初始种群中每个个体的二进制编码进行解码，得到每一层材料的种类、厚度和电磁参数；

S2-4、依据多层传输线理论公式，利用步骤S2-3得到的电磁参数计算出每一层对应的反射率；

S2-5、根据步骤S2-1设定的目标频段、最小反射损耗以及步骤S2-4得到的反射率计算出每个个体的适应度值；

S2-6、从第二代开始采用精英选择策略，即用上一代适应度值最大的个体替换掉当前种群中的适应度值最小的个体后，再依据每个个体的适应度值大小，进行无放回余数随机选择，形成新种群；

S2-7、利用步骤S2-1设定的交叉概率和变异概率值对新种群中的个体进行交叉和变异操作；

S2-8、重复步骤S2-5～S2-7，直至符合步骤S2-1设定的进化终止代数时，输出此时的计算结果，并将其作为设计结果。