低剖面超宽带紧耦合天线阵列及吸波器的研究

发布时间：2020-06-06 23:04

【摘要】：超材料吸波器是有效吸收入射电磁波,显著降低目标回波强度的一类功能材料,可以大幅度降低目标的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS),为隐身技术提供了一条新的途径,也在下一代天线设计中展现出巨大潜力。在过去一段时间里,对超材料吸波器结构的研究主要集中在单频、多频“完美吸波器”及极化不敏感吸波器等方面,目的是实现对电磁波的吸收控制。紧耦合阵列(Tightly Coupled Array,TCA)天线则是近年来国内外天线领域的一个新的研究热点。目前紧耦合阵列天线还处于初始研究阶段,虽然取得了很多成就,但还有一些技术难题阻碍工程化应用。基于吸波器的紧耦合阵列天线技术为改善天线性能提供了新的思路。本文主要对超材料宽带吸波器和紧耦合阵列天线两部分内容展开研究。论文的主要内容包括以下几个部分:论文首先对超材料宽带吸波器和紧耦合阵列天线两部分发展现状进行梳理,理清近些年该领域研究现状;然后对宽带吸波器和紧耦合阵列天线设计过程中涉及的理论部分进行分析推导,为下文的仿真设计与样品加工奠定理论基础。然后,分别基于多谐振模式理论和多层电阻型吸波器原理设计了两种不同形式的宽带吸波器,并对加工的样本进行测试。基于多谐振模式理论设计了一款工作在X和Ku波段内的宽带单层复合型超材料吸波器(Combination Metamaterial Absorber,CMA)。设计了多个工作于不同频段的电阻型吸波结构单元,并通过合理排布构成复合型宽带吸波结构单元,可以将多个离散的吸波频段连接在一起,实现对宽频带内入射电磁波的良好吸波。基于多层电阻型频率选择表面超材料吸波器原理设计并加工了一款四层电阻膜结构的电阻型频率选择表面(Resistive Frequency Selection Surface,RFSS)超宽带吸波器,实现了0.85-8.5GHz频率范围内90%以上的良好吸波率。最后,以宽带吸波器设计方法和紧耦合阵列天线理论为基础,设计并加工了一款加载宽带吸波器结构的紧耦合一维阵列天线。该阵列天线由宽带吸波器、加载缝隙型的领结形振子、寄生单元以及超宽带微带巴伦组成。宽带吸波器由加载集总电阻的两层结构组成,一方面实现了对入射电磁波在宽带范围内的平稳吸收,另一方面消除了短路零点扩展天线工作带宽。天线辐射单元由加载缝隙型的领结形振子组成,目的是通过改变耦合电容大小,扩展天线工作带宽。寄生单元的引入则是为了解决有限天线阵列边缘明显的截断效应。通过仿真与测试,验证了设计方案的正确性。
【图文】：

单环吸波器ADS等效电路图

(a) 反射系数 (b) 吸收率图3.6 SSL 吸波器的反射系数和吸收率图 3.6 所示是分别使用 ADS 和 HFSS 软件仿真的反射系数和吸收率，对比仿真果可以看出，，所提出的等效电路模型与全波仿真模型结果一致。该结论一方面验证
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

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本文编号：2700403