分层热透波材料电磁参数检测方法研究

Multi-layered microwave transparent materials for high temperature are wildly used in the radomes of launch vehicles, manned spacecraft, missiles and re-entry capsule to protect the antenna system from harsh environment and make the communications, telemetry, guidance, and detonation to work properly. It has important research and application value in measuring the electromagnetic parameters of the multi-layered microwave transparent materials for the quality control and performance measurement of the aerospace vehicle. However, due to the low-loss and structural complexity, there is no effective method to measure the electromagnetic parameters of multi-layered microwave transparent material in high temperature environment. For solving problems in the process of measuring electromagnetic parameter, this project is proposed to obtain the parameters based on cavity resonator method, and solve the problem of low measurement precision, study the model of multi-layered based on the high Q cavity and open coaxial resonant cavity in isothermal environment and non-isothermal environment, and to solve the key problems of calibration in non-isothermal environment, analyze the open end mode of open coaxial resonant cavity and propose a rapid speed method to obtain the electromagnetic parameters. This research will greatly provide theoretical guidance and technical support for the quality control and performance measurement of the aerospace craft’s radomes.

分层热透波材料广泛应用于运载火箭、载人飞船、导弹及返回舱等高速飞行器天线罩(窗)，用于保护天线系统使其免受外部恶劣环境的影响，从而使得飞行器在恶劣环境中通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作。分层热透波电磁参数检测研究对于航天飞行器天线罩质量控制、性能检测具有重要的研究和应用价值。然而由于分层热透波材料的低损耗性及结构复杂性，目前没有有效的电磁参数检测手段。针对分层热透波材料电磁参数检测遇到的诸多问题，本课题将研究基于谐振腔法的低损耗分层媒质电磁参数检测技术，解决网络参数法提取分层低损耗材料电磁参数精度过低等关键问题，设计建立基于高Q腔以及基于开放式同轴谐振腔的分段等温及分段非等温物理测量模型，开展开放式同轴谐振腔腔体开路端模式的分析及快速电磁参数检测方法研究，为航天飞行器天线罩质量控制、性能检测提供理论指导和技术支持。

分层热透波材料广泛应用于运载火箭、载人飞船、导弹及返回舱等高速飞行器天线罩(窗)，用于保护天线系统使其免受外部恶劣环境的影响，从而使得飞行器在恶劣环境中通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作。分层热透波电磁参数检测研究对于航天飞行器天线罩质量控制、性能检测具有重要的研究和应用价值。然而由于分层热透波材料的低损耗性及结构复杂性，目前没有有效的电磁参数检测手段。针对分层热透波材料电磁参数检测遇到的诸多问题，本课题研究了基于谐振腔法的低损耗分层媒质电磁参数检测技术，解决网络参数法提取分层低损耗材料电磁参数精度过低等关键问题，设计建立了基于高Q腔以及基于开放式同轴谐振腔的分段等温及分段非等温物理测量模型，开展开放式同轴谐振腔腔体开路端模式的分析及快速电磁参数检测方法研究，为航天飞行器天线罩质量控制、性能检测提供理论指导和技术支持。本项目完成了高Q腔法分层热透波材料各层复介电常数反演方法的研究，设计搭建了高Q腔系统，并利用高Q腔分层反演算法进行了实验验证，结果表明采用该分层反演算法计算的介电常数测试误差最大为3%。研究了非等温均匀膨胀环境下，均匀热透波材料在温度梯度分布情况下的被动分层问题，建立了合理的分层模型，使其既能易于参数提取又能正确地模拟热透波材料的性能。设计了非等温膨胀环境下介电常数检测算法，并分析了变温校准等问题。研究了基于开放式同轴谐振腔腔体分层热透波材料复介电常数的两种无损检测方法。完成系统的设计与搭建，并进行了实验验证，结果表明这两种分层材料介电常数在线检测方法的测试误差最大为5%。