本文關(guān)鍵詞： 頻率選擇表面 電阻膜 傳輸線理論 智能優(yōu)化算法　出處：《南京大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：吸波材料最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,用以實現(xiàn)武器系統(tǒng)的隱身,現(xiàn)已擴展到電磁兼容、電磁污染防護、通訊系統(tǒng)、國家安全等多個應(yīng)用領(lǐng)域。研究和開發(fā)高性能的吸波材料已經(jīng)成為材料研究領(lǐng)域的一個重要課題。吸波材料的實現(xiàn)技術(shù)多種多樣,頻率選擇表面是其中最常用的現(xiàn)技術(shù)之一。它是一種周期陣列結(jié)構(gòu),一般是由完全相同的單元沿一維或者二維的方向周期性排列而構(gòu)成的單層或多層無限大平面結(jié)構(gòu)。近年來,FSS已經(jīng)廣泛應(yīng)用在微波頻段到光波頻段吸波材料的研制,在雷達探測、飛行器隱身等國防領(lǐng)域中彰顯其作用。周期性FSS結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出實現(xiàn)許多天然材料所不具備的性能,大大拓展了FSS的應(yīng)用場合。本文研究了一種基于電阻型FSS的輕質(zhì)超寬頻帶的電磁波吸波體的設(shè)計、制備以及吸波機制,實現(xiàn)了在5-21GHz之間對入射電磁波有著極強的吸收。本文的主要研究內(nèi)容及貢獻主要包括：一、研究了FSS電阻膜的物理性質(zhì),用電子顯微鏡觀察了電阻膜的表面形貌特征；用高頻終端開路法測量了電阻膜的反射系數(shù),由此反演出FSS電阻膜的高頻電導(dǎo)率,并將此結(jié)果與傳輸透射法反演出的電導(dǎo)率作比較。二、基于電阻型FSS設(shè)計了輕質(zhì)寬帶吸波材料,研究介質(zhì)基板的介電常數(shù)、厚度與電阻膜的方塊電阻等因素對吸波材料吸波性能的影響。采用FSS吸波材料的傳輸線等效模型,結(jié)合場模式分析,探究了該吸波材料具有寬帶吸收的原因。在此基礎(chǔ)上,提出了用FSS的等效網(wǎng)絡(luò)替代等效電路模型,更加正確地反映了吸波材料的頻率特性。從仿真和實驗證明了該材料的吸波性能具有極化不敏感和大入射角度的特點。三、利用智能算法對吸波材料進行了優(yōu)化設(shè)計,通過改進優(yōu)化策略、設(shè)計不同的自適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計出了具有寬帶和低剖面的輕質(zhì)吸波材料,其-10dB帶寬達到6.25-25.30GHz,而厚度僅為3.92mm。對設(shè)計結(jié)果進行了實驗驗證,其結(jié)果和理論設(shè)計相吻合,驗證了設(shè)計的有效性。四、在上述的理論分析和仿真計算的基礎(chǔ)上,我們進行了一系列的實驗研究工作。我們利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作了FSS電阻膜,利用弓形架測試系統(tǒng)測量了不同樣品的反射性能,并對測量結(jié)果與理論分析結(jié)構(gòu)進行對比分析。實驗結(jié)果表明,該FSS材料具有大入射角、極化不敏感、寬頻帶的特性,滿足設(shè)計要求。
[Abstract]:The absorbing material was first used in the military field to realize the stealth of the weapon system. Now it has been extended to electromagnetic compatibility, electromagnetic pollution protection, communication system, The research and development of high performance absorbing materials has become an important subject in the field of material research. The frequency selective surface is one of the most commonly used technologies. It is a periodic array structure. Generally speaking, it is a single layer or multilayer infinite plane structure composed of exactly the same elements arranged periodically along one or two dimensional direction. In recent years, FSS has been widely used in the development of absorbing materials in the microwave frequency band to the optical frequency band, and in radar detection. Aircraft stealth and other areas of national defense show its role. The periodic FSS structure also shows the performance that many natural materials do not have. The application of FSS is greatly expanded. In this paper, the design, preparation and mechanism of a lightweight ultra-wideband electromagnetic wave absorber based on resistive FSS are studied. The main contents and contributions of this paper are as follows: firstly, the physical properties of FSS resistor film are studied, and the surface morphology of the film is observed by electron microscope; The reflection coefficient of the resistance film is measured by using the high frequency terminal open circuit method, and the high frequency conductivity of the FSS resistance film is inversed. The results are compared with those obtained by the transmission and transmission method. Based on resistive FSS, the light broadband absorbing material is designed. The influence of dielectric constant of dielectric substrate, thickness and square resistance of resistor film on the absorbing property of absorbing material is studied. The equivalent transmission line model of FSS absorbing material is adopted. Based on the field mode analysis, the reason why the absorbing material has broadband absorption is discussed. On the basis of this, the equivalent network of FSS is proposed to replace the equivalent circuit model. The frequency characteristic of the absorbing material is more accurately reflected. The simulation and experiment show that the absorbing property of the material has the characteristics of polarization insensitivity and high incidence angle. Thirdly, the optimum design of the absorbing material is carried out by using the intelligent algorithm. By improving the optimization strategy, different adaptive degree functions are designed to design light absorbing materials with wide band and low profile. The bandwidth of -10dB is 6.25-25.30GHz and the thickness is only 3.92mm. the experimental results are verified. The results agree with the theoretical design and verify the effectiveness of the design. Fourthly, based on the above theoretical analysis and simulation, we have carried out a series of experimental studies. We have made the FSS resistor film by screen printing technology. The reflectivity of different samples was measured by using a bow frame test system, and the measured results were compared with the theoretical analysis structure. The experimental results show that the FSS material has the characteristics of large incident angle, insensitive polarization and wide frequency band. Meet the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB34

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本文編號：1506168