低散射人工电磁表面的快速设计及应用

发布时间：2020-11-22 02:25

　　 新型人工电磁材料由一种由亚波长电磁谐振单元组成的人工复合媒质,可实现一系列新型电磁功能,备受科研工作者的关注。实现电磁隐身是新型人工电磁材料的一个重要应用。本文着重对传统的低散射人工电磁材料进行创新设计,同时提出传输型人工电磁隐身表面的概念,最后将迭代傅里叶算法应用到其他隐身设计中。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)提出一种全新的迭代傅里叶算法实现低散射人工电磁隐身表面的设计,利用阵列中单元的幅度和相位分布与其远场方向图之间是一对傅里叶变换关系,正向设计直接对散射方向图进行综合达到隐身的目的。本论文所提出的方法是通过直接缩减方向图数值来实现对电磁波的非定向散射,设计方法既高效又准确。(2)设计了一种传输型低散射人工电磁表面,将设计的频率选择表面放在随机排布的人工电磁阵列背面,当其工作在阻带时,其作用与金属板类似,与表面单元共同形成了电磁隐身表面;当其工作在通带时,电磁波通过器件时具有较高的透射率。整个传输型人工电磁表面由三种基本单元和底面频率选择表面单元组成,在设计中要求两者耦合较小以利于隐身和透波功能的实现。(3)基于P-B相位结构设计低散射人工电磁隐身表面,利用迭代傅里叶算法得到人工电磁隐身阵列的相位排布,通过引入P-B相位结构,在圆极化波激励下,只需更改单元旋转角即可得到对应相位,使得单元设计更方便快捷。迭代傅里叶算法和P-B相位结构的结合使得整个人工电磁隐身表面的设计高效快速。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O441
【部分图文】：

东南大学硕士学位论文???优点：??（１）透波效率的提高减小了反射，从而降低了雷达散射截面积（ＲＣＳ）；??（２）由于是透波，从而减少了吸波所造成的二次辐射（比如红外辐射）；??（３）由于透射波能够保持原有传播方向和波形特征，基于检测前向波传输的多基??雷达技术难以探测到隐身目标，具有反多基雷达侦察的能力。??２０１０年，崔铁军教授研究组首次研制出三维隐身大衣原型，相关文章发表在《Ｎａｔｕｒｅ??ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ》。该三维隐身大衣是一种旋转对称结构，由全介质新型人工电磁材料??现，根据变换光学理论计算出三维空间内的折射率分布后，通过多层介质打孔的方式??现所需折射率［６｜［７１［８］。该隐身大衣对于不同极化、不同入射角度的电磁波，均具备宽带、??耗低、隐身效果好等优点。??

一维和二维ＦＦＴ函数为ＦＦＴ的相关计算带来了很大的便利。??２．２．２基于方向图拓展和ＦＦＴ快速计算阵列天线方向图??对于一个二维平面上的欠ｘＬ个单元组成的矩形栅格平面阵列，如图２－１所示，设第??（Ｍ）个单元的激励电流复值为／（Ｍ），其二维阵列天线方向图函数可描述为??（２－４）??／（？，?ｖ）?＝?＾?／?（ｋ，?１）?Ｑｘｐ［ｊ（ｋｕ?＋?ｌｖ）｝??＞ｔ＝０?／＝０??上式中，??２／ｒ??ｕ?－——ｄｘ?ｓｉｎ?６＾?ｃｏｓ?＾??２?义?（２＿５）??ｖ?＝?－＾－ｄｙ?ｓｉｎ＾ｓｉｎ＾？??屺和?＜分别表示沿；ｃ和ア轴方向单元间距，／ｌ为自由空间波长。??Ｚａ??／??／?Ａ，??图２－１平面阵列结构简化示意图??当Ｋ＝Ｌ＝１时，阵列只有一个单元；当Ｋ＝ｌ，?Ｌ＞１或Ｌ＝ｌ，Ｋ＞１时，可以利用一维线??性阵列。这里只讨论二维阵列，即Ｋ＞１，Ｌ＞１的情况。为了确保应用二维ＦＦＴ计算方向??图的正确性

基于方环单元的线性相位和高反射率，选取方环作为基本单元，利用ＦＥＫＯ软件仿真得??到其单元方向图数据，与阵因子方向图矩阵相乘，基于ＭＡＴＬＡＢ计算得到的整体阵列??方向图示意图和利用ＣＳＴ直接对阵列仿真结果所得方向图示意图如图２－２。??＾?：］?１?Ｉ：??丨籬?－－０４??－－ａｓ?－－ｏｓ??￣〇Ｓ、??Ｉ］?＾?｜：?：?，；??－Ｊｖ?Ｉ?－?ｍ?Ｉ??Ｉ?．?Ｉ??ｗ＇１?，?ＣＳＴ?■?ＭＡＴＬＡＢ?■??？?ｒ??图２－２?ＣＳＴ与ＭＡＴＬＡＢ方向图结果比较图??由上图可得，两者结果基本相同，进一步验证了?ＦＦＴ快速计算的正确性，这里需要??指出的是，我们将某个单元的远场方向图做了一个近似，即由于单元尺寸变化较少，因??此对于同种单元不同尺寸的单元方向图的误差较小，可近似为同一个单元方向图数据，??最终ＣＳＴ仿真与ＭＡＴＬＡＢ计算结果所得阵列方向图基本一致，验证了?ＦＦＴ快速计算??的正确性。??２．３迭代傅里叶算法简介??２．３．１远区场赋形及赋形方法??由上节可知
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本文编号：2893960