共形频率选择表面及吸波器设计

发布时间：2020-08-17 15:16

【摘要】：随着信息设备在军事与民用领域得到广泛的应用,目前的电磁环境愈加复杂,在军事领域电磁隐身技术得到了进一步的重视。为了实现电磁隐身以及减少电磁干扰,频率选择表面及吸波器成为了人们的研究重点。在大多数场景下都需要对频率选择表面及吸波器进行曲面共形,所以本文重点研究了频率选择表面及吸波器的曲面共形方法。本文内容主要分成三个部分。第一部分研究了平面柔性超材料吸波器,本文基于等效媒质理论设计了一款宽带柔性吸波器,在2.6-12GHz的频率范围内的吸收效率达到90%以上。该吸波器的采用柔性材料作为介质基板,可以通过柔性屏转移法实现曲面共形。高阻表面可以通过丝网印刷的方法进行加工,相比于焊接集总元件大大降低了加工成本。此外该吸波器还具有极化不敏感的优点可以在吸收频带内有效的降低目标的雷达散射截面。本文第二部分基于第一部分设计的宽带柔性吸波器研究了吸波器在可展曲面上的共形。对于可展曲面可以通过设计平面柔性吸波器再使用柔性屏转移法进行共形。该部分研究了柔性吸波器在单曲率曲面(圆柱)和变曲率曲面(圆锥)上的共形,分析了共形圆柱直径以及共形圆锥顶角大小等因素对共形吸波器性能的影响,设计了一款宽带圆锥共形吸波器,共形圆锥顶角为30~o,该吸波器极化不敏感在2.6GHz-11GHz实现侧向RCS缩减大于8dB本文第三部分研究了矩形晶格和三角形晶格频率选择表面与不可展曲面的建模与仿真。第一类在已知不可展曲面进行曲面共形,共形曲面为旋转抛物面,频率选择表面为耶路撒冷十字型带通频选,设计的雷达罩在保证了天线工作频带内增益的同时有效的缩减了整体的RCS;第二类在近似F-22战机机头表面进行曲面共形,频率选择表面为双层Y孔径型频选,设计的雷达在通带内有效的缩减了整体的RCS。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH89
【图文】：

传输曲线,频率选择表面,传输曲线,TE波

共形频率选择表面及吸波器设计的分析和设计方法、曲面的布阵建模、究的还比较少。因此，本文主要研究了）、圆锥曲面（变曲率曲面）、旋转抛曲面（不可展曲面）共形的建模设计和外研究现状的认识源于光学中的衍射，且最早经过长期的发展，各种性能良好的频率了一种可调节的环形频率选择表面，该)所示，该设计在缺口环形频选的缺口处阻特性。图1. 1(b) 图1. 1(c)展示了二极射角从 0o到 45o变化时，FSS 表现出良在两个频点表现出带阻特性。

几何形状,频率选择表面,可变电容器,可调谐

(a) (b)图 1. 2 基于可变电容器的可调谐频率选择表面[23].3 电磁超材料吸波器国内外研究现状在电磁超材料早期的研究过程中，人们通常将研究重点放在其负折射特性上，陆续提隐身斗篷[24]、逆多普勒效应[27]、超材料透镜天线[30]、零折射率天线[34]等新型功能器件08 年，Landy 等人着眼于电磁超材料的损耗分量，提出了完美吸波器的概念[38]。在文献了一款最高仿真吸波率达到 99%的吸波器，该吸波器采用经典的金属-介质-金属的三明，如图 1. 3(a)所示，通过介质表面的电谐振环与入射电磁波产生电耦合，此外方形谐振部短导线上的反向电流产生强烈的磁耦合。该设计通过调节方形谐振环调节电谐振，调线的几何形状，尺寸以及它与电谐振器的距离来调节磁耦合，实现了解耦并单独调节每。实验验证结果显示，所加工产品实际吸波率为88%，作者将原因归结为加工误差，并电磁能量的损耗原因发现介质层的介质损耗远远大于金属上的欧姆损耗，如图 1. 3 (。Landy 团队的开创性工作解开了完美吸波器研究的序幕，在接下来的几年里，电磁超波器的研究得到了长足发展。从最初的单频点吸波到后来的多频吸收[39]，进而通过堆叠[42][46]

曲线,吸波,曲线

(a) (b)图 1. 3 (a)完美吸波器结构(b)吸波率曲线[38]0 年，华中科技大学的 Minhua. Li 提出了一款双频完美超材料吸波器[60]。文频率为双频段的理想超材料吸收体。该设计由一层 FR-4 基板及上下两层金属地板，上层为一组 2*2 的 eSRR，相邻的 eSRR 方向相差 900，结构如图A的谐振频率被设计在11.15和16.01 GHz附近。模拟和实验结果吻合较好，量得到的吸收率分别为97%和99%，吸收率曲线如图1. 4(b)所示。后来作者步归纳了这种设计方法[63]，在类似的结构中上层金属产生电谐振，金属背

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