【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(jì),也可以稱(chēng)為目標(biāo)低可探測(cè)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(lái)都是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著探測(cè)手段的多樣化以及復(fù)合探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,探測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)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(mǎn)足電磁低散射調(diào)控技術(shù)的發(fā)展需求。亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),為這一問(wèn)題的解決提供了新的研究方向。亞波長(zhǎng)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)核心因素是其陣列結(jié)構(gòu)的周期遠(yuǎn)小于波長(zhǎng),在波矢匹配的條件下,材料中產(chǎn)生的高階衍射級(jí)次會(huì)被束縛在結(jié)構(gòu)內(nèi)部而無(wú)法向自由空間傳播。利用這一特性,通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)損耗介質(zhì)對(duì)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(jì)理念,也帶來(lái)了新的設(shè)計(jì)思路。本文主要圍繞亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)電磁低散射調(diào)控技術(shù)展開(kāi)研究,設(shè)計(jì)出四類(lèi)電磁低散射材料,分別是基于亞波長(zhǎng)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(dòng)態(tài)可調(diào)電磁吸收材料;基于有源亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的多功能動(dòng)態(tài)低散射材料。相關(guān)研究有望在針對(duì)復(fù)合探測(cè)的低散射領(lǐng)域發(fā)揮作用,推動(dòng)電磁低散射調(diào)控技術(shù)的發(fā)展。論文的具體研究?jī)?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(jì)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(guò)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(shí)通過(guò)電場(chǎng)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(jì)方法。根據(jù)基爾霍夫理論分析設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均表明,該亞波長(zhǎng)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(cè)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(guò)電熱效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)等效電阻從18Ω/sq到300Ω/sq的動(dòng)態(tài)調(diào)控,基于這一特性構(gòu)造出了雙向動(dòng)態(tài)電磁吸收材料和非平面寬帶寬角動(dòng)態(tài)電磁吸收材料。其中雙向動(dòng)態(tài)電磁吸收材料可在兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)吸收率從18%到98%的大幅度動(dòng)態(tài)調(diào)制;而非平面動(dòng)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(dòng)態(tài)控制。上述兩種動(dòng)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)的多功能電磁調(diào)控器件的設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)重構(gòu)。該材料的亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)中同時(shí)集成了PIN(Positive-intrinsic-negative)二極管和變?nèi)荻䴓O管,通過(guò)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(dòng)態(tài)控制RCS的縮減頻段;同時(shí)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(gè)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(dòng)態(tài)切換。上述三種電磁功能僅通過(guò)調(diào)控單層有源亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)材料就能實(shí)現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：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(zhǎng)條組成，中間使用厚度為 0.2 mm 的 FR-4 商用介質(zhì)板隔開(kāi)。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路是利用表層 ERR 來(lái)實(shí)現(xiàn)入射電磁波在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中的電諧振，利用底

磁吸收材料研究動(dòng)態(tài)來(lái)，為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)代化軍事需求，目標(biāo)低可探測(cè)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)應(yīng)的的磁導(dǎo)率虛部，其對(duì)電磁波的損耗主要通過(guò)磁滯損屬粉末按其粉末顆粒尺寸可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)的尺金屬粉，包括羥基鐵粉、鈷粉及鎳粉；另一類(lèi)有著更小.5 μm 之間，稱(chēng)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(hào)：2768903