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1、·測試分析·柱狀金屬微粒-電介質(zhì)復(fù)合材料的等效介電常數(shù)唐妍梅楊河林(華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,武漢430079)文摘基于介質(zhì)圓柱電磁散射理論和等效介質(zhì)理論,導(dǎo)出了金屬柱微粒-電介質(zhì)復(fù)合材料的等效相對(duì)介電常數(shù)的表達(dá)式。數(shù)值結(jié)果表明:入射波頻率低于某一頻率或金屬柱摻料的體積分?jǐn)?shù)增大到一定數(shù)值時(shí),復(fù)合材料的等效相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部會(huì)變?yōu)樨?fù)數(shù)。關(guān)鍵詞柱狀金屬微粒-電介質(zhì)復(fù)合材料,等效相對(duì)介電常數(shù),等效介質(zhì)理論EffectiveDielectricConstantofMetalWire2DielectricCompositesTangYanmeiYangH
2、elin(CollegeofPhysicalScienceandTechnology,HuazhongNormalUniversity,Wuhan430079)AbstractBasedontheelectromagneticscatteringtheoryofdielectricwireandeffectivemediumtheory,theformulaoftheeffectivedielectricconstantofmetalwire2dielectriccompositesisderived.Numericalresultsrevealt
3、hateffectivedielectricconstantbecomesnegativewhenincidentwavefrequencyisbelowsomefrequencyorthemetalconcentrationismorethansomevalue.KeywordsMetalwire2dielectriccomposite,Effectivedielectricconstant,Effectivemediumtheory1引言算的報(bào)道多限于理想體系。研究復(fù)合吸波材料的電計(jì)算復(fù)合材料的等效電磁參數(shù)一直是光、電、磁磁性能主要從微粒本征復(fù)
4、介電常數(shù)ε和復(fù)磁導(dǎo)率μ等領(lǐng)域重要且難以解決的問題之一。在近幾年的研出發(fā)計(jì)算出等效電磁參數(shù)(εr,eff和μr,eff),從而預(yù)測究中,人們對(duì)由球形、橢球形顆粒、層狀金屬材料顆其電磁性能。εr,eff和μr,eff直接反映了吸波材料性能粒摻雜而成的復(fù)合材料的電磁性質(zhì)產(chǎn)生了濃厚的興的優(yōu)劣,因此,復(fù)合介質(zhì)介電特性對(duì)吸波材料的電磁[1～6]趣,比如電磁晶體、微波吸收材料等,在對(duì)由不性能研究有重要意義。對(duì)理想復(fù)合材料等效電磁參同形狀顆粒以不同結(jié)構(gòu)體系摻雜而成的復(fù)合材料的數(shù)的理論研究,經(jīng)典的MaxwellGarnett公式、電磁特性研究中,發(fā)現(xiàn)該種材料的磁導(dǎo)率
5、在諧振頻Bruggeman公式、QCAACP等可以初步預(yù)測復(fù)合材[1]率下會(huì)發(fā)生突變,在一些頻段內(nèi),復(fù)合介質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)很料的等效電磁參數(shù),然而不同材料或者不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)的磁性,出現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同為負(fù)值的情的復(fù)合材料其電磁性能的預(yù)測在同一經(jīng)典公式的基[1]況,從理論上預(yù)言了一種負(fù)折射率材料。由于吸礎(chǔ)上往往要做不同的修正。[7]波材料在軍事上的應(yīng)用仍占主導(dǎo)地位,目前對(duì)吸波本文基于等效介質(zhì)理論(EMT),從電磁散射材料實(shí)驗(yàn)和理論研究的報(bào)道都比較保守,尤其是計(jì)的角度出發(fā),分析柱狀金屬微粒-電介質(zhì)復(fù)合材料收稿日期:2005-06-22;修回日期:2005-09-
6、19作者簡介:唐妍梅,1982年出生,碩士研究生,主要從事電磁場理論等方面的研究工作宇航材料工藝2006年第4期—61—的等效介電常數(shù)的變化特性。數(shù)和磁導(dǎo)率材料如空氣等,kda→0;而對(duì)于高介電2基本理論常數(shù)和磁導(dǎo)率或金屬材料,圓柱半徑a雖小,kma卻等效介質(zhì)理論是一種平均場理論,其基本思想不是一個(gè)小量。對(duì)(2)式、(3)式作小宗量近似,并是:由基體和摻雜材料的電磁參數(shù)及相應(yīng)的體積分考慮到圓柱外基體介質(zhì)的電場為入射場及散射場的數(shù)算出復(fù)合材料的等效參數(shù),而所謂的等效相對(duì)介迭加,可得圓柱內(nèi)外總電場如下:電常數(shù)是指復(fù)合材料的介電常數(shù)與真空介電常數(shù)J1(k
7、mr)Em=E0zra(5)kdaεmJ1(kma)πjkdab20=-·(6)2μmJ0(kma)2(2)式中,J0、J1分別為零階和一階柱貝塞耳函數(shù),H0為零階第二類漢克爾函數(shù)?？勺C明(4)式、(5)式滿足圓柱面電磁場的邊界條件。利用(4)式、(5)式在一個(gè)正方形區(qū)域內(nèi)積分,可求出在一個(gè)正方區(qū)域內(nèi)復(fù)合材料中金屬摻料內(nèi)及基體介質(zhì)中的電場Em及Ed。再由等效介質(zhì)理論,復(fù)合材料的等效介電
8、常數(shù)圖1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)可表示為:Fig.1Structureofcompositematerial
9、D
10、εr,eff=(7
