新型电磁结构在隐身和电磁防护中的应用研究

发布时间：2020-04-23 08:32

【摘要】：随着电磁探测技术与电磁武器的发展,隐身与电磁防护技术在现代战场上的地位日渐凸显。先进的隐身技术和有效的电磁防护手段能够提高战机与导弹突防能力以及信息化装备的生存力。本文围绕隐身和通信需求,设计了三种小型化传输吸波罩,针对电磁防护问题,研究了能量选择表面(ESS)和限幅频率选择表面(FSS)的优化设计方法,探索了三维防护结构防护机理与设计方法。另外,本文还设计了具有开关特性的小型化传输吸波罩。本文的主要研究工作如下:1.分别设计了基于集总加载和交指方环结构的小型化传输吸波罩。从传输吸波罩一般等效电路模型出发,探讨了介质层的厚度和介电常数与吸波带起始频率之间的关系,分析了传输吸波罩的吸波带起始频率与带通层谐振频率之间间隔对通带插入损耗的影响。所设计小型化传输吸波罩的阻抗层和带通层具有相同的周期尺寸,有效缩短了仿真设计时间,同时该传输吸波罩还拥有宽带吸波特性和较好的角度稳定性。2.设计了双通带传输吸波罩。首先通过集总电容加载技术,设计了通带间隔相近的双通带带通结构;在合理优化阻抗层的基础之上,综合出了双通带传输吸波罩。所设计的双通带传输吸波罩不仅具有两个频率相近的通带,还具有宽带吸波特性和较好的角度稳定性。3.研究了ESS和限幅FSS结构优化设计方法。为保证仿真设计与实测一致性,本文首先根据测试得到的非线性器件的传输系数,拟合出非线性器件在导通和截止条件下的等效电路参数;然后,进一步优化了ESS和限幅FSS单元结构,最后综合设计出ESS和限幅FSS,经过优化设计后的ESS和限幅FSS具有更低的插入损耗,且对屏蔽效能影响不大。4.设计了具有开关特性的小型化传输吸波罩。研究了通带开关特性的实现机理,详细分析小型化吸波罩结构参数对其传输和吸波特性的影响,利用波导局部场强验证了结构通带开关特性。所设计的具有开关特性的小型化传输吸波罩不仅具有能够具有宽带吸波特性和较好的角度稳定性,其通带还拥有开关特性。5.设计了一种具有宽带防护特性的三维防护结构。从等效介质参数和等效电路两个角度研究了三维防护结构的工作原理,分析了三维防护结构的结构参数对通带的影响,相比传统的2D自激励结构,所设计的三维防护结构工作带宽更宽,带内起伏更小。
【图文】：

频谱分布,电磁环境,强场,频谱分布

采用周期结构制备的雷达罩，不仅能够防止天线受外界天线性能前提下，有效降低天线系统的 RCS[16-18]。基材料，拥有“薄、轻、宽、强”等特性[19]，维护成本能够抵御带外电磁武器攻击，具有重要的军事应用价值强辐射场防护技术 60 年代核爆实验中，许多精密电子仪器因受到核爆所障，该现象使人们看到了高功率电磁脉冲在军事上潜究人员便设想能否通过非核爆的方式产生功率相当的电备，而不致人死亡，由此出现的电磁武器被称为“人道器，电磁武器具有全天候作战能力，兼具“软硬”杀隐身武器、来袭导弹以及各种敏感电子系统具有较好的分为自然型和人工型[23]。电磁武器依据其复杂性与杀脉冲、高功率微波以及超宽带[24]，频率范围从 1MHz 到可达几十 GW，强辐射场详细电磁环境频谱分布如图 1雷电窄带

时域波形,核爆,时域波形,电场

图 1.2 高空核爆电场时域波形源技术的进步，以及固态加工技术和计算机辅助设计技术电磁武器性能得到了极大提升[28-30]。法国、德国、瑞典始使用窄带高功率测试设备开展对飞机、通信、交通系统设备的抗电磁损毁能力测试，以便后期对它们进行强电磁实战中使用电磁武器。在科索沃战争和伊拉克战争中，美瘫痪了敌方的雷达、通信以及指挥系统，取得了不同凡响年 10 月联合测试了一款高功率微波武器，，实验中的目俄罗斯在强电磁武器研究方面，也有不错的成绩[35]。200“Ranets-E”高功率微波武器系统（如图 1.3 所示），其距离最远达 10 公里以上[22]。法国、德国以及日本同样装此，现在恐怖分子和其他犯罪分子手中也拥有强电磁发生大小，能通过公共入口带入某些场所，对公共系统（诸如安全构成严重威胁[37]。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O441;E11

【参考文献】