隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的不斷發(fā)展,軍事隱身需求越來越強(qiáng)烈,頻率選擇表面(Frequency Selective Surface,FSS)憑借其獨(dú)特的電磁性能受到了研究人員的廣泛關(guān)注。有源頻率選擇表面(Active Frequency Selective Surface,AFSS)通過加載有源器件進(jìn)一步發(fā)展了FSS的研究,使其能夠主動(dòng)控制自身電磁性能,集成多種功能,在隱身吸波、無線通信和電磁屏蔽等方面具有很強(qiáng)的應(yīng)用潛力。本文研究光控有源頻率選擇表面(Optically Controlled Active Frquency Selective Surface,OCAFSS),使用光照控制的方法替代常見AFSS的電控,避免了饋電網(wǎng)絡(luò)帶來的不良影響。本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1)光控微波開關(guān)研究使用等效電路模型和分層等離子體模型對光控微波開關(guān)進(jìn)行理論分析,構(gòu)建了電磁仿真模型。制作了一些光控微波開關(guān),分別使用LED和激光對其進(jìn)行測試,并分析了相關(guān)因素對光控微波開關(guān)性能的影響。2)帶通/屏蔽型OCAFSS研究基于光控微波開關(guān)的研究成果,設(shè)計(jì)了一款以縫隙型耶路撒冷十字為基本結(jié)構(gòu)的C波段OCAFSS,其功能為暗態(tài)透波,亮態(tài)屏蔽,具有非常穩(wěn)定的極化特性。同時(shí),分析了OCAFSS等效電路模型,獲得了較為準(zhǔn)確的結(jié)果。為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,設(shè)計(jì)了一款平板波導(dǎo),實(shí)測結(jié)果驗(yàn)證了OCAFSS的帶通/屏蔽設(shè)計(jì)功能。3)吸波率可連續(xù)調(diào)節(jié)的OCAFSS研究基于實(shí)時(shí)控制我方飛行器RCS以模擬其他飛行器從而誤導(dǎo)敵方雷達(dá)做出錯(cuò)誤識別制定錯(cuò)誤戰(zhàn)略的思想,提出一款吸波率/RCS可連續(xù)調(diào)節(jié)的OCAFSS。該款OCAFSS工作于X波段,無光照時(shí)為反射特性,隨著光照的增強(qiáng),吸波率逐漸提高,RCS逐漸下降,達(dá)到峰值后又會(huì)逐漸出現(xiàn)反射特性。此外,該款OCAFSS對光源功率的要求較低,并且仍能被繼續(xù)優(yōu)化以得到對光電導(dǎo)率要求更低的OCAFSS。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ5
【部分圖文】：

前較為常見的隱身技術(shù)，目的都是大幅降低目標(biāo)雷達(dá)散射截面（RadarCrossSection,RCS避免被敵方雷達(dá)探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的對軍事目標(biāo)外型結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化以減低 RCS 和使用涂層材料隱身之外，發(fā)源于 20 世紀(jì) 60 年代的頻率選擇表]（Frequency Selective Surface, FSS）由于其在隱身方面潛在的軍事用途得到了大家的廣注和研究[2][3][4][5][6]。作為一種人工電磁材料，F(xiàn)SS 具有空間濾波性，可以對特定頻段的電磁波進(jìn)行選擇性或屏蔽，這種電磁調(diào)控能力隨著相關(guān)研究的不斷進(jìn)行，除了在軍事隱身方面的應(yīng)用，還用的無線通信、電磁屏蔽等領(lǐng)域展現(xiàn)出了很多潛力，對于發(fā)展新一代通信技術(shù)、解決越嚴(yán)重的電磁污染、保障各類電子設(shè)備的正常運(yùn)行和應(yīng)對當(dāng)前日益復(fù)雜的電磁環(huán)境都有很助。此外，近些年，從左手材料、雙負(fù)材料發(fā)展而來的超材料（Metamaterial）進(jìn)展迅速，超越了原來狹義的概念，在傳統(tǒng)電磁波段[7][8]、太赫茲波段[9]、光波段[10][11]甚至聲學(xué)[12學(xué)[13]都有許多成果，已經(jīng)被普遍認(rèn)為囊括了 FSS，成為廣義上人工電磁材料的代名詞。，超材料的發(fā)展為 FSS 的研究注入了新的活力，人們在探索 FSS 更多結(jié)構(gòu)、更多類型多特性上進(jìn)行了更多的挑戰(zhàn)。

光控有源頻率選擇表面研究力雖然很有特色較為突出，但是一旦設(shè)計(jì)加工完成，其電磁性能就基本固定了。因此，傳FSS 無法主動(dòng)改變自身頻響特性以適應(yīng)外部電磁環(huán)境的變化，具有很大的局限性，其主要現(xiàn)為具有單一的頻率特性、單一的相位特性和固定的極化特性。這些問題使無源 FSS 在多時(shí)候無法滿足在復(fù)雜變化的外部電磁環(huán)境中高性能工作的要求。比如應(yīng)用于雷達(dá)天線時(shí)，其帶通頻段包含天線工作頻段，若敵方探測雷達(dá)頻段與我方天線工作頻段有重合，則測雷達(dá)波會(huì)通過 FSS 照射到天線上從而產(chǎn)生強(qiáng)散射使戰(zhàn)機(jī)失去隱身功能。因此，實(shí)現(xiàn)針電磁波多狀態(tài)多功能的主動(dòng)控制以適應(yīng)復(fù)雜變化的外部電磁環(huán)境成為了 FSS 發(fā)展的主要?jiǎng)�。有源頻率選擇表面（ActiveFrequencySelectiveSurface,AFSS）于是應(yīng)運(yùn)而出，解決了統(tǒng)無源 FSS 的性能缺陷，例如將 AFSS 應(yīng)用于雷達(dá)天線罩時(shí)，我方戰(zhàn)機(jī)可選擇不同頻段行通信，也可以在需要通信時(shí)打開 AFSS 電磁窗口，在靜默時(shí)屏蔽/吸收探測雷達(dá)波，這樣使敵方探測雷達(dá)部分覆蓋了我方工作頻段也不會(huì)使戰(zhàn)機(jī)喪失隱身性能。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文OCAFSS 作為一種新型的 AFSS，其核心思想是通過光敏器件替代原有的需要偏置的有源器件，用光照射光敏器件改變其電抗特性從而控制 AFSS 不同功能的轉(zhuǎn)換。在這個(gè)控制過程中，由于無需偏置電壓，因此減少了設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)的步驟，使研究人員可以專注于 OCAFSS結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)而不用分心考慮饋線的影響。目前國內(nèi)外對 OCAFSS 的研究還比較初步，其使用的光控技術(shù)起始于光控微波開關(guān)的相關(guān)研究。1988 年，W. Platte 對低占空比脈沖激光激勵(lì)下的光控微波開關(guān)的光電導(dǎo)率和等離子層深度變化進(jìn)行了分析，之后擴(kuò)展到準(zhǔn)連續(xù)激光激發(fā)下的光控微波開關(guān)的有效光電導(dǎo)率和有效等離子層深度變化，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對理論推導(dǎo)也進(jìn)行了很好的驗(yàn)證[28][29][30]。

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本文編號：2810029