基于散射-损耗的复合材料电磁特性研究

发布时间：2021-10-07 16:17

　　超材料作为新型电磁材料,具有设计简单、灵活可调等特点。相位梯度超表面通过人工设计特定单元,可以在设计频点处形成相位梯度,使入射电磁波发生异常反射,从而降低反射率或缩减RCS;编码超材料通过设计满足相位覆盖的编码单元并按照一定序列进行排布,可以在较宽频带内基于散射场反相的不同单元间散射场相消的原理缩减RCS,并且可以通过改变编码序列灵活调控电磁波;基于电磁损耗的磁性材料吸波效果良好,但吸波频点不易控制、阻抗不易匹配。本文从电磁波与材料相互作用出发,基于性能叠加的设计思想,结合散射和损耗双重机理,开展了超材料及复合材料电磁特性研究。（1）基于广义斯涅耳定律,从相位梯度超表面的概念出发,设计了基于同心缺口双环图案单元的双频异常反射超表面,通过仿真计算和样品测量验证了所设计结构的异常反射特性,可以在设计频点6.8GHz和16.8GHz处实现低反射率和RCS缩减。（2）从编码超材料的理论出发,设计了基于简单方块单元的1bit编码超材料,并通过随机运算获得了不同比例的随机编码序列,经仿真计算和样品测量,验证了编码超材料的宽频散射特性及编码序列对编码超材料RCS缩减特性的影响规律,在8-16GHz的... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

媒质区间划分示意图

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文5元组成，两种单元在一定频带内散射相位差约为 180°，如下图 1-3 所示。由于两种单元的散射场是反相的，将以上两种基本单元按照一定序列在二维空间方向上依次排布，组成一个宏观结构，可以使产生的散射场相消。通过调整两种单元的排布序列，可以获得不同的远场散射特性，所以通过调节“0”和“1”两种基本单元的编码序列，可以实现对电磁波的灵活调控。编码超材料还可以通过扩展字节，更加灵活地操控电磁波，例如在 2-bit 编码超材料中，可以采用相位响应相差 90o的四个基本单元分别代表“00”、“01”、“10”和“11”数字态，分别对应相位 0°、90°、180°和 270°[18]。相较之下

理: 通过调整编码超材料合适的编码序列，可利用不同散射场单元间的互相作用，将垂直入射的电磁波散射到不同方向，根据能量守恒定律，所有方向上电磁波能量总和不变，则被散射后的电磁波分散到各个不同方向上的能量都很小[27]。故通过设计多种基本单元，保证各单元有足够的相位覆盖，就可以实现对散射方向的更完全控制，使入射波反射到更多不同的方位，然后通过算法优化编码序列可以极大缩减 RCS 或降低反射率。2014 年，崔铁军课题组设计了基于贴片结构的工作在微波频段的 1bit 编码超表面，并将其编码单元按照 100110101……的序列编码排布，如图 1-4（a）所示为该编码序列的结构示意图，在 7.5-15GHz 频段范围内，其 RCS 缩减都在10dB 以上，如图 1-4（b）所示。随后几年，该课题组又先后设计了多种基于不同编码单元的编码超材料，可以在太赫兹频段实现漫反射[28,29]，比较典型的有 1bit 的圆环结构、闵可夫斯基闭环结构和 2-bit 的米字型结构等。

【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁编码超材料的理论与应用[J]. 张磊,刘硕,崔铁军.  中国光学. 2017(01)
[2]基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究[J]. 闫昕,梁兰菊,张雅婷,丁欣,姚建铨.  物理学报. 2015(15)
[3]基于十字形结构的相位梯度超表面设计与雷达散射截面缩减验证[J]. 吴晨骏,程用志,王文颖,何博,龚荣洲.  物理学报. 2015(16)
[4]宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证[J]. 李勇峰,张介秋,屈绍波,王甲富,陈红雅,徐卓,张安学.  物理学报. 2014(08)
[5]用于相位突变界面的广义的反射定律和折射定律[J]. 孙彦彦,韩璐,史晓玉,王兆娜,刘大禾.  物理学报. 2013(10)
[6]雷达隐身与反隐身技术发展综述[J]. 曹丽梅,王瑛.  现代导航. 2012(03)



本文编号：3422373