宽频带高性能的电路模拟吸波结构设计

发布时间：2020-05-21 10:53

【摘要】：吸波材料指的能够有效吸收入射电磁波,使得反射波和透射波能量很小。吸波材料主要运用于军事隐身、雷达RCS缩减、微波暗室以及电磁兼容等领域。近年来,随着对吸波性能的要求越来越高,电路模拟吸波成为了一个研究热点,产生了许多超宽带、低剖面的吸波结构、但同时高性能、大角度吸波也是难点。本文运用等效电路的理论基础、通过差分进化算法优化设计出一款高性能吸波结构,之后加载宽角匹配层优化角度吸波,使得角度吸波得到明显的改善,主要研究内容如下:1、首先从阻抗匹配出发,计算出满足-40dB的S11所需的输入阻抗的实部和虚部范围。然后从等效电路出发,对已有的频率选择表面的解析公式进行分析计算,以-40dB为高性能指标,理论和仿真分别优化出条带、单环、双环最优-40dB带宽,结果表明理论计算结果和仿真结果基本一致。之后定性的讨论了条带、单环、双环带宽中各个谐振点产生的原因。以上结构都是单层设计,为了能够实现更大带宽的高性能吸波,之后进行多层设计,结果发现能够极大的扩大吸波带宽。2、对多层结构的解析优化设计,通常会面临参数较多,无法解析优化出最优解。差分进化算法具有全局搜索性强,但局部搜索能力弱的特点,这样后期容易出漫游的现象,而将差法进化算法于粒子群算法结合,则可以完美的解决这个问题。本文通过这两个算法的结合,在通过MATLAB与CST交互仿真优化,首先设计出一个双层双环结构,-10dB百分比带宽达到161.23%,证明了算法的可行性。之后设计出多个双层的吸波结构,通过比较,发现双层十字架结构具有62.46%的-40dB的吸波带宽。对其加工测试,测试表明,该结构在6~12GHz具有较高性能的吸波特点,最后,通过在结构上端加载宽角匹配层来改善入射角吸波。3、文章最后首先采用可调谐、水介质等新兴技术的对原有结构性能改善的方案验证。首先设计出石墨烯可调谐结构,对可调谐技术有初步的认识,将其运用到上述结构中,对其角度可调谐,改善其角度吸波性能。通过运用水介质频散以及相对介电常数虚部高的特性,来改善吸波结构性能。最后进行三层结构进行验证设计,计算其带宽,发现-40dB的S11带宽达到了80%。
【图文】：

吸波材料,电路模拟,吸波

电子科技大学硕士学位论文波材料国内外发展现状路模拟吸波材料起源要从 Salisbury 屏[1]说起，传统的 Salisbury 屏使用连续板，并将其放置于导电板上方约四分之一波长处，从而达到一定的吸波效果结构简单，但是吸波带宽较窄。作为前者的一种改进，Jaumannabsorber[2]采个阻性层并利用介质将各个阻性层隔开，尽管这样可以展开吸收带宽，，但却材料的剖面高度迅速增加

电路模拟,吸波材料,双金属,金属膜

(a) (b)图 1-2 典型的电路模拟吸波材料，(a) 单金属膜方环结构，(b) 嵌入电阻的双金属方环我们在设计吸波材料的时候，考量其性能参数有很多，例如带宽，入射角，剖面厚度，极化敏感度等，这就要考虑一个折中选择，或者最优设计，或者对某一个参数进行优化设计，Zhongxiang Shen 等人对此进行了研究[12]；SergeiA.Tretyakov等人研究拓宽吸波带宽的方法[13]，而 AlirezaKazemZadeh 则讲解如何快速的设计一款宽带吸波器[14]。近些年来，电路模拟吸波材料的研究逐渐由超宽带、低剖面向更广领域发展,可调谐技术是突出表现之一。有用过石墨烯电阻调谐的[15]，实现了 68.7%的带宽比且结构简单。Xianqi Lin[16]用变容二极管设计了一款在 S 波段上的低剖面带宽的可调谐吸波器。Dongho Kim[17]用 PCB 电可调谐拓宽吸波器带宽。Jialin Li 等人[18]用PIN 二极管设计了一款宽带低剖面的可调谐吸波器，调谐带宽为 2~12GHZ。而SaptarshiGhosh[19]分布设计了双频带和单频带的可调谐吸波器，并且详细解释了偏置电路设置方法，在大角度的时候仍然保持较好的吸波性能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TN702

【参考文献】