【摘要】：隱身技術(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電磁特征的低散射設(shè)計,也可以稱為目標(biāo)低可探測技術(shù)。而電磁吸收材料作為電磁低散射調(diào)控技術(shù)的重要研究方向一直以來都是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著探測手段的多樣化以及復(fù)合探測技術(shù)的快速發(fā)展,探測系統(tǒng)的目標(biāo)識別和跟蹤能力得到很大的提升。傳統(tǒng)的電磁吸收材料難以滿足電磁低散射調(diào)控技術(shù)的發(fā)展需求。亞波長結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),為這一問題的解決提供了新的研究方向。亞波長結(jié)構(gòu)材料由特定排布的陣列結(jié)構(gòu)組成,是一種具有奇異電磁特性的人工結(jié)構(gòu)材料。亞波長結(jié)構(gòu)材料的一個核心因素是其陣列結(jié)構(gòu)的周期遠(yuǎn)小于波長,在波矢匹配的條件下,材料中產(chǎn)生的高階衍射級次會被束縛在結(jié)構(gòu)內(nèi)部而無法向自由空間傳播。利用這一特性,通過巧妙設(shè)計可以增強(qiáng)損耗介質(zhì)對電磁波的吸收效果,為電磁吸收材料的研究注入了新的設(shè)計理念,也帶來了新的設(shè)計思路。本文主要圍繞亞波長結(jié)構(gòu)電磁低散射調(diào)控技術(shù)展開研究,設(shè)計出四類電磁低散射材料,分別是基于亞波長結(jié)構(gòu)的雙頻紅外電磁吸收材料;微波紅外兼容的電磁低散射透明材料;基于二氧化釩材料的雙向及寬帶動態(tài)可調(diào)電磁吸收材料;基于有源亞波長結(jié)構(gòu)的多功能動態(tài)低散射材料。相關(guān)研究有望在針對復(fù)合探測的低散射領(lǐng)域發(fā)揮作用,推動電磁低散射調(diào)控技術(shù)的發(fā)展。論文的具體研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn):第一,提出了一種雙頻寬角電磁吸收材料的設(shè)計方法。該研究基于亥姆霍茲諧振以及局域表面等離子諧振在1.064μm及10.6μm處實(shí)現(xiàn)了雙頻近完美吸收,吸收率達(dá)到99.7%以上,且該雙頻吸波材料的頻帶比高達(dá)10。通過全波電磁仿真,驗(yàn)證了該電磁吸收材料的寬角吸收和極化不敏感特性,同時通過電場電流分布,理論分析了電磁能量的耗散原理,進(jìn)一步解釋了雙頻電磁吸收材料的物理機(jī)制。第二,提出了一種透明柔性的微波紅外兼容電磁吸收材料的設(shè)計方法。根據(jù)基爾霍夫理論分析設(shè)計出了紅外反射雷達(dá)透波的電容型頻率選擇表面,結(jié)合亞波長結(jié)構(gòu)寬帶電磁吸收理論實(shí)現(xiàn)了多波段復(fù)合的電磁吸收材料。計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均表明,該亞波長結(jié)構(gòu)材料在7.7-18 GHz內(nèi)具有大于90%的高吸收率,即使在40度的斜入射下也能保持較強(qiáng)的吸收。另外,將該材料覆蓋在金屬柱上可以實(shí)現(xiàn)7.5-18 GHz范圍內(nèi)寬帶雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)縮減性能。并且,該結(jié)構(gòu)在大氣窗口中具有0.23的低發(fā)射以實(shí)現(xiàn)紅外目標(biāo)低可探測性能。最后,由于透明材料氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)膜和聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)的使用,該材料保持了約30%的透光率。第三,提出了一種基于VO_2相變特性的新型電阻可調(diào)層。該電阻可調(diào)層通過電熱效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)等效電阻從18Ω/sq到300Ω/sq的動態(tài)調(diào)控,基于這一特性構(gòu)造出了雙向動態(tài)電磁吸收材料和非平面寬帶寬角動態(tài)電磁吸收材料。其中雙向動態(tài)電磁吸收材料可在兩個方向上實(shí)現(xiàn)吸收率從18%到98%的大幅度動態(tài)調(diào)制;而非平面動態(tài)電磁吸收材料則能在曲面上實(shí)現(xiàn)從1.08 THz到2.5 THz的寬帶電磁吸收,且吸收幅度可動態(tài)控制。上述兩種動態(tài)電磁吸收材料都具有較好的角度適應(yīng)性。第四,提出了基于亞波長結(jié)構(gòu)的多功能電磁調(diào)控器件的設(shè)計方法,實(shí)現(xiàn)了RCS縮減調(diào)控、波束掃描、極化轉(zhuǎn)化等電磁功能的動態(tài)重構(gòu)。該材料的亞波長單元結(jié)構(gòu)中同時集成了PIN(Positive-intrinsic-negative)二極管和變?nèi)荻䴓O管,通過改變偏置電壓可產(chǎn)生180°位相差實(shí)現(xiàn)RCS縮減,進(jìn)一步調(diào)制180°位相差的產(chǎn)生頻段,可動態(tài)控制RCS的縮減頻段;同時利用上述兩種二極管的組合調(diào)控還產(chǎn)生了覆蓋360°的連續(xù)反射位相差,實(shí)現(xiàn)了寬角波束掃描效果;此外進(jìn)一步改變二極管的偏置電壓配置,使材料在兩個正交極化上產(chǎn)生0°,90°和-90°相位差,則實(shí)現(xiàn)了線極化和不同旋向圓極化狀態(tài)的動態(tài)切換。上述三種電磁功能僅通過調(diào)控單層有源亞波長結(jié)構(gòu)材料就能實(shí)現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB34
【圖文】：

[10]。如圖 1.1 所示，其結(jié)構(gòu)由表層的金屬諧振環(huán)（Electric Ring Resonator，ERR）及底層金屬長條組成，中間使用厚度為 0.2 mm 的 FR-4 商用介質(zhì)板隔開。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路是利用表層 ERR 來實(shí)現(xiàn)入射電磁波在亞波長結(jié)構(gòu)中的電諧振，利用底

磁吸收材料研究動態(tài)來，為了應(yīng)對現(xiàn)代化軍事需求，目標(biāo)低可探測技術(shù)材料的研究也成為了研究熱點(diǎn)。電磁吸收材料的研究收性能。國內(nèi)外對傳統(tǒng)電磁吸收材料的研究主要集中[58-60]、鐵氧體[61-63]、納米吸波材料[64-67]、導(dǎo)電高聚金屬粉末電磁吸收材料粉末主要指 Fe、Co、Ni 金屬單質(zhì)或者其相對應(yīng)的的磁導(dǎo)率虛部，其對電磁波的損耗主要通過磁滯損屬粉末按其粉末顆粒尺寸可以分為兩類，一類的尺金屬粉，包括羥基鐵粉、鈷粉及鎳粉；另一類有著更小.5 μm 之間，稱為磁性金屬超微粉，其電磁特性與微

尖晶石鐵氧體吸波材料[74]

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本文編號：2768903