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《柱状金属微粒-电介质复合材料的等效介电常数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、·测试分析·柱状金属微粒-电介质复合材料的等效介电常数唐妍梅杨河林(华中师范大学物理科学与技术学院,武汉430079)文摘基于介质圆柱电磁散射理论和等效介质理论,导出了金属柱微粒-电介质复合材料的等效相对介电常数的表达式。数值结果表明:入射波频率低于某一频率或金属柱掺料的体积分数增大到一定数值时,复合材料的等效相对介电常数实部会变为负数。关键词柱状金属微粒-电介质复合材料,等效相对介电常数,等效介质理论EffectiveDielectricConstantofMetalWire2DielectricCompositesTangYanmeiYangH
2、elin(CollegeofPhysicalScienceandTechnology,HuazhongNormalUniversity,Wuhan430079)AbstractBasedontheelectromagneticscatteringtheoryofdielectricwireandeffectivemediumtheory,theformulaoftheeffectivedielectricconstantofmetalwire2dielectriccompositesisderived.Numericalresultsrevealt
3、hateffectivedielectricconstantbecomesnegativewhenincidentwavefrequencyisbelowsomefrequencyorthemetalconcentrationismorethansomevalue.KeywordsMetalwire2dielectriccomposite,Effectivedielectricconstant,Effectivemediumtheory1引言算的报道多限于理想体系。研究复合吸波材料的电计算复合材料的等效电磁参数一直是光、电、磁磁性能主要从微粒本征复
4、介电常数ε和复磁导率μ等领域重要且难以解决的问题之一。在近几年的研出发计算出等效电磁参数(εr,eff和μr,eff),从而预测究中,人们对由球形、椭球形颗粒、层状金属材料颗其电磁性能。εr,eff和μr,eff直接反映了吸波材料性能粒掺杂而成的复合材料的电磁性质产生了浓厚的兴的优劣,因此,复合介质介电特性对吸波材料的电磁[1～6]趣,比如电磁晶体、微波吸收材料等,在对由不性能研究有重要意义。对理想复合材料等效电磁参同形状颗粒以不同结构体系掺杂而成的复合材料的数的理论研究,经典的MaxwellGarnett公式、电磁特性研究中,发现该种材料的磁导率
5、在谐振频Bruggeman公式、QCAACP等可以初步预测复合材[1]率下会发生突变,在一些频段内,复合介质会呈现很料的等效电磁参数,然而不同材料或者不同结构强的磁性,出现介电常数和磁导率同为负值的情的复合材料其电磁性能的预测在同一经典公式的基[1]况,从理论上预言了一种负折射率材料。由于吸础上往往要做不同的修正。[7]波材料在军事上的应用仍占主导地位,目前对吸波本文基于等效介质理论(EMT),从电磁散射材料实验和理论研究的报道都比较保守,尤其是计的角度出发,分析柱状金属微粒-电介质复合材料收稿日期:2005-06-22;修回日期:2005-09-
6、19作者简介:唐妍梅,1982年出生,硕士研究生,主要从事电磁场理论等方面的研究工作宇航材料工艺2006年第4期—61—的等效介电常数的变化特性。数和磁导率材料如空气等,kda→0;而对于高介电2基本理论常数和磁导率或金属材料,圆柱半径a虽小,kma却等效介质理论是一种平均场理论,其基本思想不是一个小量。对(2)式、(3)式作小宗量近似,并是:由基体和掺杂材料的电磁参数及相应的体积分考虑到圆柱外基体介质的电场为入射场及散射场的数算出复合材料的等效参数,而所谓的等效相对介迭加,可得圆柱内外总电场如下:电常数是指复合材料的介电常数与真空介电常数J1(k
7、mr)Em=E0zra(5)kdaεmJ1(kma)πjkdab20=-·(6)2μmJ0(kma)2(2)式中,J0、J1分别为零阶和一阶柱贝塞耳函数,H0为零阶第二类汉克尔函数。可证明(4)式、(5)式满足圆柱面电磁场的边界条件。利用(4)式、(5)式在一个正方形区域内积分,可求出在一个正方区域内复合材料中金属掺料内及基体介质中的电场Em及Ed。再由等效介质理论,复合材料的等效介电
8、常数图1复合材料的结构可表示为:Fig.1Structureofcompositematerial
9、D
10、εr,eff=(7
