基于電磁諧振的寬頻周期吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、雷達(dá)吸波材料是指能夠有效吸收衰減入射電磁波的一類材料，其核心是在薄的厚度下獲得寬頻段高強(qiáng)度吸收。然而，任何厚度的吸波材料都存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的使用頻段，而通過(guò)提高磁導(dǎo)率或進(jìn)行多層吸波材料設(shè)計(jì)拓展帶寬的傳統(tǒng)方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前需求，特別是在L、S波段。因此，拓展吸收帶寬、突破低頻吸收瓶頸成為當(dāng)前電磁波吸波技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的核心問題。
　　與傳統(tǒng)吸波材料不同，周期吸波結(jié)構(gòu)側(cè)重于利用人工結(jié)構(gòu)聚集入射的電磁場(chǎng)，再通過(guò)介質(zhì)損耗吸收被聚集的能量

2、。由于這種特別的吸波方式，周期吸波結(jié)構(gòu)有望解決上述寬頻吸收難題。本文以電阻膜、磁性吸波涂層或磁性薄膜構(gòu)成的周期吸波結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)分析電磁場(chǎng)及其能量損耗分布，建立等效電路模型，構(gòu)建吸收性能與等效集總參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，解決吸波材料的寬頻及低頻吸收難題，取得了以下主要成果：
　　1.采用等效電路理論，建立了周期吸波結(jié)構(gòu)寬頻吸收的約束方程，發(fā)現(xiàn)了常規(guī)圖案在寬頻吸收中的不足。
　　（1）對(duì)電阻膜周期吸波結(jié)構(gòu)的等效電路理論

3、進(jìn)行反演計(jì)算，得出寬頻吸收的約束方程，方程定量揭示了吸收峰與等效參數(shù)之間的關(guān)系，并給出了實(shí)現(xiàn)吸收峰所需的理想電阻曲線。
　?。?）將約束方程用于分析長(zhǎng)方形、正方形和方環(huán)形等電阻膜吸波結(jié)構(gòu)的吸收特點(diǎn)，研究了這些結(jié)構(gòu)的低頻單諧振吸收缺陷，發(fā)現(xiàn)單一表面電流分布是造成該缺陷的原因。
　　2.基于約束方程進(jìn)行多諧振設(shè)計(jì)，提高了電阻膜吸波結(jié)構(gòu)的低頻寬頻吸收性能。
　　（1）根據(jù)約束方程中吸收峰與等效參數(shù)之間的關(guān)系，提出了一種低頻雙

4、諧振吸收的梯形耦合型周期吸波結(jié)構(gòu)，理論分析、數(shù)值計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)證明了這種結(jié)構(gòu)可以將單元內(nèi)外內(nèi)的耦合作用有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了表面電流的頻散分布，拓展了低頻吸收帶寬。
　?。?）根據(jù)約束方程中的理想電阻曲線，提出了基于非均勻表面電阻設(shè)計(jì)的多諧振型周期吸波結(jié)構(gòu)，并建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)理念兼容了空間電荷引起的相對(duì)近場(chǎng)作用以及表面電流引起的相對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)作用，從而引入多諧振機(jī)制，拓展了低頻吸收頻帶。
　　3.通過(guò)周期結(jié)構(gòu)的多諧振設(shè)計(jì)

5、，拓展了磁性吸波涂層的吸收帶寬。
　?。?）針對(duì)具有頻散電磁參數(shù)的磁性吸波涂層，通過(guò)局域場(chǎng)作用調(diào)節(jié)諧振特性，設(shè)計(jì)了一種低頻雙諧振吸收的針尖耦合型周期吸波結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的非磁性周期吸波結(jié)構(gòu)不同，這種結(jié)構(gòu)的能量耗散包含磁損耗和介電損耗，多損耗機(jī)制進(jìn)一步拓展了周期吸波結(jié)構(gòu)的吸收帶寬。
　?。?）通過(guò)在磁性吸波涂層內(nèi)部嵌入金屬陣列，激發(fā)頻散的電磁相互作用，不僅在中高頻段提高常規(guī)的干涉吸收能力，而且在低頻段引入尺寸諧振吸收，進(jìn)一步增加了

6、吸收帶寬。
　　4.創(chuàng)新性地提出了金屬磁性薄膜型周期吸波結(jié)構(gòu)。
　?。?）結(jié)合金屬磁性薄膜的電磁特性與周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，提出了磁場(chǎng)定向型吸波結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)薄膜陣列對(duì)入射磁場(chǎng)的重定向作用，使磁場(chǎng)被薄膜的高磁損耗吸收掉，克服了磁性薄膜中高電導(dǎo)率導(dǎo)致的阻抗嚴(yán)重失配問題。
　?。?）結(jié)合不同薄膜的電磁特性與磁場(chǎng)定向作用，進(jìn)行多諧振設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)薄膜導(dǎo)電性決定了電磁響應(yīng)形式，高導(dǎo)電性薄膜起重定向作用，低導(dǎo)電性薄膜起損耗吸收作用，為多諧振