【摘要】：吸波材料指的能夠有效吸收入射電磁波,使得反射波和透射波能量很小。吸波材料主要運(yùn)用于軍事隱身、雷達(dá)RCS縮減、微波暗室以及電磁兼容等領(lǐng)域。近年來(lái),隨著對(duì)吸波性能的要求越來(lái)越高,電路模擬吸波成為了一個(gè)研究熱點(diǎn),產(chǎn)生了許多超寬帶、低剖面的吸波結(jié)構(gòu)、但同時(shí)高性能、大角度吸波也是難點(diǎn)。本文運(yùn)用等效電路的理論基礎(chǔ)、通過差分進(jìn)化算法優(yōu)化設(shè)計(jì)出一款高性能吸波結(jié)構(gòu),之后加載寬角匹配層優(yōu)化角度吸波,使得角度吸波得到明顯的改善,主要研究?jī)?nèi)容如下:1、首先從阻抗匹配出發(fā),計(jì)算出滿足-40dB的S11所需的輸入阻抗的實(shí)部和虛部范圍。然后從等效電路出發(fā),對(duì)已有的頻率選擇表面的解析公式進(jìn)行分析計(jì)算,以-40dB為高性能指標(biāo),理論和仿真分別優(yōu)化出條帶、單環(huán)、雙環(huán)最優(yōu)-40dB帶寬,結(jié)果表明理論計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果基本一致。之后定性的討論了條帶、單環(huán)、雙環(huán)帶寬中各個(gè)諧振點(diǎn)產(chǎn)生的原因。以上結(jié)構(gòu)都是單層設(shè)計(jì),為了能夠?qū)崿F(xiàn)更大帶寬的高性能吸波,之后進(jìn)行多層設(shè)計(jì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠極大的擴(kuò)大吸波帶寬。2、對(duì)多層結(jié)構(gòu)的解析優(yōu)化設(shè)計(jì),通常會(huì)面臨參數(shù)較多,無(wú)法解析優(yōu)化出最優(yōu)解。差分進(jìn)化算法具有全局搜索性強(qiáng),但局部搜索能力弱的特點(diǎn),這樣后期容易出漫游的現(xiàn)象,而將差法進(jìn)化算法于粒子群算法結(jié)合,則可以完美的解決這個(gè)問題。本文通過這兩個(gè)算法的結(jié)合,在通過MATLAB與CST交互仿真優(yōu)化,首先設(shè)計(jì)出一個(gè)雙層雙環(huán)結(jié)構(gòu),-10dB百分比帶寬達(dá)到161.23%,證明了算法的可行性。之后設(shè)計(jì)出多個(gè)雙層的吸波結(jié)構(gòu),通過比較,發(fā)現(xiàn)雙層十字架結(jié)構(gòu)具有62.46%的-40dB的吸波帶寬。對(duì)其加工測(cè)試,測(cè)試表明,該結(jié)構(gòu)在6~12GHz具有較高性能的吸波特點(diǎn),最后,通過在結(jié)構(gòu)上端加載寬角匹配層來(lái)改善入射角吸波。3、文章最后首先采用可調(diào)諧、水介質(zhì)等新興技術(shù)的對(duì)原有結(jié)構(gòu)性能改善的方案驗(yàn)證。首先設(shè)計(jì)出石墨烯可調(diào)諧結(jié)構(gòu),對(duì)可調(diào)諧技術(shù)有初步的認(rèn)識(shí),將其運(yùn)用到上述結(jié)構(gòu)中,對(duì)其角度可調(diào)諧,改善其角度吸波性能。通過運(yùn)用水介質(zhì)頻散以及相對(duì)介電常數(shù)虛部高的特性,來(lái)改善吸波結(jié)構(gòu)性能。最后進(jìn)行三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì),計(jì)算其帶寬,發(fā)現(xiàn)-40dB的S11帶寬達(dá)到了80%。
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電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文波材料國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀路模擬吸波材料起源要從 Salisbury 屏[1]說(shuō)起，傳統(tǒng)的 Salisbury 屏使用連續(xù)板，并將其放置于導(dǎo)電板上方約四分之一波長(zhǎng)處，從而達(dá)到一定的吸波效果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是吸波帶寬較窄。作為前者的一種改進(jìn)，Jaumannabsorber[2]采個(gè)阻性層并利用介質(zhì)將各個(gè)阻性層隔開，盡管這樣可以展開吸收帶寬，，但卻材料的剖面高度迅速增加

(a) (b)圖 1-2 典型的電路模擬吸波材料，(a) 單金屬膜方環(huán)結(jié)構(gòu)，(b) 嵌入電阻的雙金屬方環(huán)我們?cè)谠O(shè)計(jì)吸波材料的時(shí)候，考量其性能參數(shù)有很多，例如帶寬，入射角，剖面厚度，極化敏感度等，這就要考慮一個(gè)折中選擇，或者最優(yōu)設(shè)計(jì)，或者對(duì)某一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，Zhongxiang Shen 等人對(duì)此進(jìn)行了研究[12]；SergeiA.Tretyakov等人研究拓寬吸波帶寬的方法[13]，而 AlirezaKazemZadeh 則講解如何快速的設(shè)計(jì)一款寬帶吸波器[14]。近些年來(lái)，電路模擬吸波材料的研究逐漸由超寬帶、低剖面向更廣領(lǐng)域發(fā)展,可調(diào)諧技術(shù)是突出表現(xiàn)之一。有用過石墨烯電阻調(diào)諧的[15]，實(shí)現(xiàn)了 68.7%的帶寬比且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。Xianqi Lin[16]用變?nèi)荻䴓O管設(shè)計(jì)了一款在 S 波段上的低剖面帶寬的可調(diào)諧吸波器。Dongho Kim[17]用 PCB 電可調(diào)諧拓寬吸波器帶寬。Jialin Li 等人[18]用PIN 二極管設(shè)計(jì)了一款寬帶低剖面的可調(diào)諧吸波器，調(diào)諧帶寬為 2~12GHZ。而SaptarshiGhosh[19]分布設(shè)計(jì)了雙頻帶和單頻帶的可調(diào)諧吸波器，并且詳細(xì)解釋了偏置電路設(shè)置方法，在大角度的時(shí)候仍然保持較好的吸波性能。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB34;TN702

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 高正平，董恩昌，華寶家，張立中;電路模擬多層雷達(dá)吸波材料的設(shè)計(jì)[J];宇航材料工藝;1996年03期

2 饒克謹(jǐn)，趙伯琳，高正平;電路模擬吸收材料─—原理、特性及設(shè)計(jì)方法[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1995年02期

本文編號(hào)：2674173