【摘要】：相位梯度超表面,作為一種新型超材料,區(qū)別于其他傳統(tǒng)超材料諧振吸收的機(jī)理,它主要通過在表面引入波長尺度的相位突變,來控制反射波的波前,從而產(chǎn)生異常反射及折射、表面波耦合和類表面等離子激元激發(fā)等現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)隱身。本文基于前人研究,利用相位梯度超表面獨(dú)特的調(diào)控方式,針對(duì)傳統(tǒng)超材料尺寸大、頻帶窄的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種“薄、寬”相位梯度超表面,通過仿真、實(shí)驗(yàn)等方法研究相位梯度超表面性能,探索相位梯度超表面的雷達(dá)散射截面積(radar cross section RCS)縮減特性。主要工作如下:(1)從光學(xué)基本原理的費(fèi)馬原理出發(fā)和電磁學(xué)基本的邊界條件限制出發(fā),推導(dǎo)界面上的廣義斯涅耳定律,探討相位梯度超表面與電磁波的相互作用機(jī)制以及產(chǎn)生的奇異效應(yīng)。將二維廣義斯涅耳定律推廣到三維,通過后續(xù)的仿真證實(shí)二維相位梯度超表面由于多了一個(gè)相位維度,對(duì)電磁波的散射能力更強(qiáng)。(2)基于廣義斯涅耳定律,設(shè)計(jì)了一種相位梯度差為dΦ(x)=2π/3的雙頻帶相位梯度超表面。兩種開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)組合起來的相位梯度超表面在設(shè)計(jì)頻點(diǎn)處滿足dΦ(x)=2π/3的相位梯度并且具有低反射率特性,同時(shí)在反射率谷值7.8GHz和9.4GHz處,平均RCS縮減量分別達(dá)到10.3dB和10.4dB,材料厚度也僅為0.578mm,約為工作波長的1/60。(3)基于雙頻帶相位梯度超表面的設(shè)計(jì)思路,明確寬頻帶相位梯度超表面設(shè)計(jì)思想,并設(shè)計(jì)了一種在12～16GHz范圍內(nèi)具有較穩(wěn)定相位差的螺旋結(jié)構(gòu)。反射率特性曲線顯示在設(shè)計(jì)頻率范圍內(nèi)其有低反射特性。隨后,將相位梯度分為一維和二維,探討不同的排列方式對(duì)RCS縮減特性的影響,分析四種模型的散射特性。它們都能有效地散射電磁波,減小主瓣方向上的反射波,從而降低超表面的RCS。在10-16GHz頻段內(nèi),RCS縮減平均大于10dB。
【圖文】：

方面：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為了控制戰(zhàn)場上信息的傳輸和獲取，更精準(zhǔn)有效的實(shí)施打擊先要獲得的就是對(duì)空間中作為信息載體的電磁波的掌控權(quán)。而這個(gè)控制權(quán)最明顯現(xiàn)就是隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)，隱身技術(shù)提升我方人員以及武器裝備在戰(zhàn)場上的能力，反隱身技術(shù)則提升我方的偵查與探測能力[1]。而對(duì)于雷達(dá)隱身技術(shù)，主要過降低目標(biāo)的雷達(dá)回波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)隱身，其中雷達(dá)散射截面積（Radar Coss SectioCS）就是衡量目標(biāo)雷達(dá)回波能力的一個(gè)重要物理量。所以，在軍事領(lǐng)域中，我們有效地縮減目標(biāo)的 RCS，從而達(dá)到隱身的目的。民用領(lǐng)域：通訊系統(tǒng)、臨床醫(yī)療索檢測等生活中多個(gè)方面越來越依賴電磁波的相關(guān)應(yīng)用，因此，如何將電磁波高用來滿足生產(chǎn)、生活所需，，成為各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域研究工作者研究的熱點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)，它們主要依賴原子與分子的結(jié)構(gòu)來調(diào)控電磁波特性，這樣容易受到材料本征屬限制，使得電磁波的調(diào)控變得復(fù)雜，同時(shí)材料的制備也相對(duì)困難，因而材料的應(yīng)到極大局限。超材料(Metamaterials)設(shè)計(jì)思想的出現(xiàn)，為新型隱身材料的設(shè)計(jì)與注入了新的活力，并體現(xiàn)出獨(dú)特的調(diào)控優(yōu)勢，極大拓展了隱身材料的設(shè)計(jì)研究[2-5

圖 1-2 (a) (b)超材料示例 (c)隱身衣設(shè)計(jì) (d)隱身地毯設(shè)計(jì)統(tǒng)隱身材料設(shè)計(jì)遭遇瓶頸：在不影響武器裝備氣動(dòng)性能的前提下，高性能隱身特性。在原有的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，由于頻率的降低，相必須犧牲材料的厚度指標(biāo)以實(shí)現(xiàn)高性能隱身特性。而超材料不同于過人工設(shè)計(jì)超材料基本單元，可以使其工作在低頻頻段并且實(shí)現(xiàn)輕特點(diǎn)，在隱身領(lǐng)域具有廣泛潛在的應(yīng)用價(jià)值[2-8]。但傳統(tǒng)超材料諧振使得其工作頻帶相對(duì)較窄。因此，目前所需攻克的主要問題是如何指導(dǎo)下，通過對(duì)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來增強(qiáng)工作帶寬。料概述（Metamaterial）是一種亞波長結(jié)構(gòu)人工材料，擁有自然材料所不性[2-10]。1968 年，物理學(xué)家 V. G. Veselago 通過理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，電間不僅可以形成自然界中存在的右手螺旋關(guān)系，它們也可以形成左
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN95;TB34

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2683996