發(fā)布時間：2019-05-18 22:27

【摘要】：左手超材料由于其具有奇異物理性質(zhì)如負折射效應、反常多普勒效應、反常古斯-漢斯位移和反常切倫科夫輻射等引起了廣泛的關注。近年來,左手超材料在吸收器領域的應用也成為研究的熱點問題。本文基于超材料的設計思想,提出了一種基于電阻膜的超材料吸收器,探究了其吸波機理以及各參數(shù)對吸收性能的影響,設計了三種工作在不同波段的吸收器并制備了樣品,在微波暗室分別測試了它們的吸收性能。最后探究了超材料吸收器的雷達散射截面縮減性能。論文主要涉及以下幾個方面:1.設計了一種基于電阻膜的樹枝狀超材料寬帶吸收器,它是由樹枝狀超材料結構的氧化銦錫(ITO)導電膜、泡沫介質(zhì)層、金屬薄板組合而成�；诘刃щ娐纺Ｐ头治隽穗姶挪ū晃盏臋C理,數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)該吸收器表面阻抗能在很寬的帶寬內(nèi)與空氣阻抗近似相等,進而實現(xiàn)寬頻吸收。2.探究了樹枝大小、面電阻、介質(zhì)介電常數(shù)、厚度對吸收器吸收性能的影響。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),大樹枝對應低頻吸收,小樹枝對應高頻吸收;面電阻在幾十歐每方至幾百歐每方才能與空氣阻抗很好的匹配;基于電阻膜的吸收器中間介質(zhì)基板介電常數(shù)越接近空氣,其吸收性能越好,吸收帶寬越寬,選用了PMI泡沫,其具有高力學性能,低介電常數(shù),輕質(zhì)等優(yōu)點;隨著厚度增加,吸收帶寬逐漸轉(zhuǎn)向低頻窄帶吸收。等效電路中等效電容C值影響著電路諧振,只有當電阻膜結構和金屬背板之間形成的等效電容需要達到一個最佳值,電路諧振才能達到最強,吸收帶寬最大。3.仿真得到工作在X和Ku波段吸收器吸收率超過80%的頻率范圍為8GHz—27.9GHz。實驗測試其樣品反射曲線與模擬吻合的非常好,在8-17GHz實現(xiàn)了80%吸收,相對帶寬達到了72%。且對斜入射下60°內(nèi)吸收性能幾乎不變,通過實驗測試對比了不同厚度下的吸收器性能。對大樹枝厚的吸收器和小樹枝薄的吸收器進行大量仿真對比發(fā)現(xiàn),大樹枝、厚的介質(zhì)基板對應低頻吸收;小樹枝、薄的介質(zhì)基板對應高頻吸收。由此我們增加厚度的同時增大樹枝單元尺寸設計出了C波段吸收器和S波段吸收器,其厚度都為10mm。仿真表明C波段吸收器高于90%的吸收帶寬為2.8-8.5GHz覆蓋了整個C波段,S波段吸收器高于80%的吸收帶寬為2.0-6.0GHz,覆蓋整個S波段。設計組合C波段和S波段吸收器厚度為10mm,模擬結果表明高于80%的吸收帶寬為2.3GHz-8.7GHz近似覆蓋了S波段和整個C波段,實驗測試其高于80%的吸收帶寬為4GHz-8GHz和12GHz-14GHz。同時設計了組合X和Ku波段吸收器、C波段吸收器和S波段吸收器,模擬該吸收器在5mm時的吸收結果大于80%的吸收帶寬為6.2GHz-18GHz,實驗測試結果高于80%的吸收帶寬為4GHz-17GHz。4.模擬探究了超材料吸收器對目標雷達散射截面的縮減性能,仿真對比了超材料吸收器和相同大小的金屬板發(fā)現(xiàn)無論是掃頻雷達散射截面還是不同頻點E面或H面雷達散射截面,三種超材料吸收器在對應的吸收頻段內(nèi)對目標雷達散射截面都有明顯縮減。最后實驗測試了X和Ku波段吸收器的相對雷達散射截面,實驗證實了在30°以內(nèi)吸收率反射都明顯低于相同大小的銅板反射。從實驗上表明我們所設計的吸收器不僅在垂直入射下具有很好的RCS縮減性能而且小角度斜入射下也同時具備這種性能。
[Abstract]:The left-hand metamaterial has attracted wide attention due to its singular physical properties such as negative refraction effect, abnormal Doppler effect, abnormal Gus-Hans displacement and abnormal Cerenkov radiation. In recent years, the application of the left-hand metamaterial in the absorber field has also become a hot issue in the research. Based on the design idea of the super-material, a kind of super-material absorber based on the resistance film is put forward, the wave-absorbing mechanism and the influence of each parameter on the absorption performance are studied, and the three kinds of absorber with different wave bands are designed and the samples are prepared. Their absorption properties were tested in the microwave anechoic chamber, respectively. Finally, the radar cross-section reduction performance of the super-material absorber is explored. The thesis mainly deals with the following aspects:1. The invention discloses a dendritic super-material broad-band absorber based on a resistance film, which is formed by combining an oxide-tin (ITO) conductive film, a foam medium layer and a metal thin plate with a dendritic super-material structure. The mechanism of the electromagnetic wave absorption is analyzed based on the equivalent circuit model. The numerical simulation shows that the surface impedance of the absorber can be approximately equal to the air impedance in a wide bandwidth, so as to realize the broadband absorption. The influence of the branch size, surface resistance, dielectric constant and thickness on the absorption performance of the absorber was investigated. According to the numerical simulation, the large branches correspond to low-frequency absorption, and the small branches correspond to high-frequency absorption; the surface resistance can be matched with the air impedance in a few tens of ohms per square to a few hundred ohms; the closer the dielectric constant of the middle dielectric substrate of the absorber based on the resistance film is closer to the air, the better the absorption performance, The wider the absorption band, the PMI foam is selected, which has the advantages of high mechanical property, low dielectric constant, light weight and the like; and as the thickness is increased, the absorption bandwidth gradually turns to the low-frequency narrow-band absorption. The equivalent capacitance C value in the equivalent circuit influences the circuit resonance, only when the equivalent capacitance formed between the resistance film structure and the metal back plate needs to reach an optimum value, the circuit resonance can reach the strongest, and the absorption bandwidth is the largest. The simulation results show that the absorption rate in the X-and Ku-band absorbers is over 80% in the range of 8 GHz to 27.9 GHz. The experimental results show that the reflection curve of the sample is very good at 8-17 GHz, and the relative bandwidth is up to 72%. And the performance of the absorber under different thicknesses is compared by the experiment test. A large number of simulations are carried out on the large-branch-thick absorber and the small-branch thin absorber, and the large branch and the thick medium substrate correspond to low-frequency absorption; and the small branch and the thin dielectric substrate correspond to high-frequency absorption. As a result, we designed the C-band absorber and the S-band absorber with a thickness of 10 mm while increasing the thickness. The simulation shows that the absorption bandwidth of the C-band absorber is higher than 90%, the absorption bandwidth is 2.8-8.5 GHz, the whole C-band is covered, the absorption bandwidth of the S-band absorber higher than 80% is 2.0-6.0 GHz, and the whole S-band is covered. The design combined C-band and S-band absorber have a thickness of 10 mm, and the simulation results show that the absorption bandwidth above 80% is about 2.3 GHz-8.7 GHz, which covers the S-band and the whole C-band, and the experimental results show that the absorption bandwidth above 80% is 4 GHz-8 GHz and 12-14 GHz. The combined X-and Ku-band absorbers, the C-band absorber and the S-band absorber are designed, and the absorption bandwidth of the absorber at 5 mm is more than 80%, the absorption bandwidth is 6.2 GHz to 18 GHz, and the absorption bandwidth of the experimental test results is higher than 80% is 4 GHz to 17 GHz. The reduction of the scattering cross section of the target radar by the super-material absorber is simulated. The simulation and comparison of the super-material absorber and the same-size metal plate show that both the frequency-swept radar cross section and the different frequency point E-plane or H-plane radar cross section, The three supermaterial absorbers have a significant reduction in the scattering cross-section of the target in the corresponding absorption band. The relative radar cross section of the X-and Ku-band absorbers is tested in the last experiment, and the reflection of the absorption rate within 30 擄 is obviously lower than that of the same-sized copper plate. The experimental results show that the absorber designed by us not only has good RCS reduction performance under vertical incidence, but also has the same performance at the same time.
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB34

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本文編號：2480386