人工电磁软硬表面结构设计及其应用研究

发布时间：2018-07-13 13:32

【摘要】：人工电磁软硬表面结构具有混合电磁边界特性,其中电磁软表面结构具有阻带特性使一定频率范围内的电磁波能量不能传播,而电磁硬表面结构则能够在一定频率范围内增强电磁波能量传播。由于人工电磁软硬表面结构具有的特异电磁特性,其在微波和天线领域有着广泛的工程应用前景。电磁软硬表面结构的前期研究主要集中于理想电磁软硬边界条件的数值分析,而人工电磁软硬表面结构的设计和应用研究才刚刚起步,因此,新型的宽带、小型化电磁软硬表面结构的设计及其应用急需研究。论文主要研究人工电磁软硬表面结构基本理论和设计方法,电磁软表面结构应用于减缩天线间的相互耦合作用,以及基于电磁硬表面结构的金属圆柱体隐身斗篷设计。论文主要包括以下几个方面:1.研究了传统电磁软表面结构的电磁特性及其结构和尺寸参数变化规律,重点讨论周期单元间距离对电磁软表面结构性能的影响,基于此指导新型人工电磁软表面结构的设计。2.提出一种宽带小型化的电磁软表面结构。通过在传统条带型电磁软表面结构上加载缝隙,实现中心频率向低频移动,从而实现小型化。通过在条带边缘加载相互交错的锯齿形结构实现宽带效果,与当前国际发表的关于电磁软表面结构最新论文中的电磁软表面结构相比,当电磁软表面单元周期同为8 mm时,中心频率从6 GHz降低到5 GHz实现了小型化,相对带宽从8.1%提高到12.5%。且在将此电磁软表面结构应用于减缩微带天线间耦合作用时,耦合作用减缩相对带宽从2%提高到8%。3.研究了电磁硬表面结构的性质和其随参数变化规律,以及电磁硬表面结构的电磁散射特性,发现条带型电磁硬表面结构在一定条件下具有电磁散射的全向减缩特征。4.提出一种基于电磁硬表面结构的应用于金属圆柱体的隐身斗篷设计方法。该设计同其它电磁隐身斗篷设计方法相比,结构简单,易于应用,且对电磁散射减缩效果明显。该结构相比之前的电磁硬表面结构隐身斗篷带宽更宽,厚度更薄,例如在中心频率为4.2 GHz时,带宽从14.3%增加到22.2%,厚度从9.41 mm减小到2 mm。
[Abstract]:The artificial electromagnetic soft and hard surface structure has mixed electromagnetic boundary characteristics, in which the electromagnetic soft surface structure has the characteristic of stopband, which makes the electromagnetic wave energy in a certain frequency range unable to propagate. On the other hand, the electromagnetic hard surface structure can enhance the electromagnetic wave energy propagation in a certain frequency range. Because of the special electromagnetic characteristics of artificial electromagnetic soft and hard surface structure, it has a wide range of engineering applications in microwave and antenna fields. The previous study of electromagnetic soft and hard surface structure is mainly focused on numerical analysis of ideal electromagnetic soft and hard boundary conditions, but the design and application of artificial electromagnetic soft and hard surface structure have just started. The design and application of miniaturized electromagnetic soft and hard surface structure are urgently needed. This paper mainly studies the basic theory and design method of artificial electromagnetic soft and hard surface structure, the application of electromagnetic soft surface structure to the coupling between reducing antennas, and the design of metal cylinder stealth cloak based on electromagnetic hard surface structure. The paper mainly includes the following aspects: 1. The electromagnetic characteristics of the traditional electromagnetic soft surface structure and the variation law of the structure and size parameters are studied. The influence of the distance between periodic elements on the structure performance of the electromagnetic soft surface is discussed. Based on this, the design of the new artificial electromagnetic soft surface structure is guided. A wide band miniaturized electromagnetic soft surface structure is proposed. By loading gaps on the traditional strip electromagnetic soft surface structure, the center frequency is moved to low frequency, thus realizing miniaturization. The broadband effect is achieved by loading a zigzag structure on the edge of the strip. Compared with the electromagnetic soft surface structure in the latest paper on the electromagnetic soft surface structure published in the world, when the electromagnetic soft surface cell cycle is 8 mm, The center frequency is reduced from 6 GHz to 5 GHz and the relative bandwidth is increased from 8.1% to 12.5 GHz. When the electromagnetic soft surface structure is applied to reduce the coupling between microstrip antennas, the relative bandwidth of coupling reduction is increased from 2% to 8. 3. The properties of the electromagnetic hard surface structure and its variation with parameters and the electromagnetic scattering characteristics of the electromagnetic hard surface structure are studied. It is found that the strip hard surface structure has the characteristics of omnidirectional reduction of electromagnetic scattering under certain conditions. A design method of stealth cloak for metal cylinders based on electromagnetic hard surface structure is presented. Compared with other design methods of electromagnetic stealth cloak, this design has the advantages of simple structure, easy application and obvious effect on reducing electromagnetic scattering. Compared with the former electromagnetic hard surface structure, the cloak has wider bandwidth and thinner thickness. For example, when the center frequency is 4.2 GHz, the bandwidth increases from 14.3% to 22.2mm, and the thickness decreases from 9.41 mm to 2 mm.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4

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本文编号：2119540