能量选择表面研究与天线一体化设计分析

发布时间：2020-06-30 16:43

【摘要】：强电磁脉冲武器的发展与应用是当今军事武器研究的热点,这对信息化装备的电磁防护提出了非常高的要求。能量选择表面(ESS)作为具有开关特性的自适应防护装置,不仅能保证设备信号的正常收发,还能有效阻隔强电磁场,是一种智能有效的电磁防护方法,在近些年受到越来越多的关注。本文从理论分析方法出发,贴合实际应用需求,对能量选择表面研究方法,结构设计,对天线性能的影响进行了研究,所有工作主要从以下几个方面展开:1.采用等效电路法建立了能量选择表面的等效电路模型,采用等效介质法提取了电磁特征参数,分别从场和路角度出发,分析能量选择表面稳态下的反射与透射原理,并指导能量选择表单元结构改进,比较了等效方法与全波仿真的结果。采用场路联合仿真对复杂模型及有限大能量选择表面进行瞬态仿真及分析。2.针对四元微带贴片天线阵设计了低频宽带单/双层能量选择天线罩,判断了该单元结构的角度稳定性。采用频域有限元法对十字形单元结构进行了全波仿真,运用等效电路法与等效介质法分析了天线罩在稳态情况下的原理与性能。分析了天线罩对天线性能的影响,对天线罩与天线构建的一体化结构进行了仿真分析。加工制作了实物并进行了实验测试。3.针对单极子天线设计了具有带通特性的圆环缝隙结构单元的能量选择表面,并建立等效电路模型,对比了仿真结果并进行了分析。根据天线结构特性,设计了锥形准周期结构天线罩,采用场路联合仿真对共形天线罩进行建模与瞬态仿真。研究了锥形天线罩的工作特性及其对天线基本性能的影响,分析了天线罩对天线雷达散射截面积(RSC)的影响。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ99
【图文】：

辐射场强,规律,高功率微波武器,高功率脉冲

图 1.2 辐射场强随距离的变化规律武器与高功率微波武器攻击速度快，范围广，通过息设备，兼具软硬杀伤能力。目前，高功率脉冲功生、发射、传输与控制技术以及高功率微波效应机重大突破，高功率微波技术处于高速发展并走向应电磁武器的发展。预计到 21 世纪 30 年代，此类应用于局部战争中，并与其他常规武器结合起来，

选择表,工作原理图,能量

图 1.3 能量选择表面工作原理图经过近几年的研究与发展，能量选择表面的相关研究日益深入，相关概念与机理基本成熟，仿真与设计方法逐渐丰富，工程化的进程日益加快。理论方面，采用传输线理论，从电路的角度分析由表面阻抗特性引起的传输性能变化，并运用电磁场传播理论从电场的角度研究了能量选择表面入射与散射特性，能够合理解释能量选择机制[22]。分析方法方面，等效电路法与场路联合仿真能够有效分析加载半导体器件无限大周期结构的性能，并从原理上对结构加以改进[23]。仿真研究方面，能量选择表面的一般设计方法与设计流程已经较为成熟，不同单元形状、多层结构、尺寸、材质对能量选择表面性能的影响，不同极化形式和入射角度对防护性能的影响，以及可靠性分析等方面的工作都已经开展了相关工作[24-27]。工程应用方面，研究了 ESS 的测试方法，解决了二极管特性测试，开启场强与防护阈值控制方法，柔性电路板设计等关键问题[22]。综上所述，能量选择的理论体系基本完备，设计、仿真、制作、测试流程较为成熟，具有很高的工程应用前景。但是在走向工程化的过程中，仍然有一些问题亟待解决，比如能量选择表面分析方法，有限大结构能量选择表面的仿真分析

【参考文献】