本文關(guān)鍵詞：有限大頻率選擇表面及其在雷達罩上的應用研究

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【摘要】：頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces,簡稱FSS)是一種具有空間濾波功能的電磁功能材料,它通常由周期排布的金屬諧振貼片或金屬諧振縫隙圖案構(gòu)成,由于其呈現(xiàn)的優(yōu)良選頻特性,被廣泛應用于電磁頻譜的各個波段,尤其是在飛行器隱身技術(shù)中。將頻率選擇表面應用于雷達天線罩可以實現(xiàn)雷達制導艙的帶外電磁屏蔽,以達到降低雷達散射截面的目的。然而,為滿足氣動與隱身要求,飛行器雷達罩外形為不可展開的二次曲面,這給頻率選擇表面的設(shè)計、建模、分析與制作帶來嚴峻挑戰(zhàn)。目前,國內(nèi)外關(guān)于頻率選擇表面的研究主要集中在無限大平面頻率選擇表面的數(shù)值計算方法、濾波結(jié)構(gòu)以及諧振圖案設(shè)計等方面。然而,在實際工程應用中,有限大曲面頻率選擇表面的設(shè)計建模、電磁特性分析是實現(xiàn)其在雷達罩上應用的基礎(chǔ)與依據(jù),但目前尚未形成完整的理論框架。因此,論文開展了有限大頻率選擇表面電磁特性及在雷達罩上的應用研究,論文的主要研究工作如下。論文首先討論了周期結(jié)構(gòu)的電磁散射物理模型和數(shù)學表述方法,推導了模式匹配法的基本原理和實現(xiàn)過程。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合弓形法則測試原理,采用時域有限差分算法對有限大小頻率選擇表面的電磁特性進行了仿真計算。通過對遠場散射參量的數(shù)值求解,推導出了有限頻率選擇表面的透/反射系數(shù)表達式,從而為有限頻率選擇表面的設(shè)計與分析奠定了理論基礎(chǔ)。其次,論文針對國內(nèi)外制作頻率選擇表面雷達罩常采用的柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)及激光雕刻技術(shù)途徑,分別研究了柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)中引入的誤差對頻率選擇表面雷達罩傳輸特性與隱身特性的影響,以及可應用于激光雕刻技術(shù)制作頻率選擇表面雷達罩的空間準周期曲面建模設(shè)計方法。在分析柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)引入誤差對頻率選擇表面雷達罩傳輸特性與隱身特性的影響時,論文采用等效平板法將制作工藝中出現(xiàn)的引入誤差呈現(xiàn)在等效平板上面,并采用自由空間法進行測試。通過分析測試數(shù)據(jù),歸納了不同引入誤差對頻率選擇表面雷達罩傳輸特性的影響規(guī)律,從而為柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)制作頻率選擇表面雷達罩提供了試驗依據(jù)。激光雕刻技術(shù)是制作三維人工結(jié)構(gòu)的常用技術(shù)手段。然而,該方法的技術(shù)瓶頸在于尚沒有一種完善的在不可展開曲面上進行頻率選擇表面布陣建模的方法。論文基于空間準周期布陣的原則,開發(fā)出了在任意不可展開曲面上的密集/稀疏型頻率選擇表面布陣建模方法。通過分析由不同布陣算法獲得的頻率選擇表面雷達罩的RCS、透/反射系數(shù)、瞄準誤差等電性能參數(shù),驗證了空間準周期布陣建模方法的可行性與可靠性。為了獲得更加精確的打擊能力,雷達/紅外雙模制導成為制導技術(shù)的一個發(fā)展趨勢。對雙模制導雷達罩的隱身不僅要實現(xiàn)帶外電磁波的屏蔽,還要保證探測窗口的紅外高透過率。針對這種隱身需求,論文設(shè)計了一種新型光學透明頻率選擇表面,通過開展其光電特性與電磁傳輸特性的研究,獲得了光學透明頻率選擇表面人工微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法,為雷達/紅外雙模制導武器的隱身提供了一種有效的技術(shù)方案。
【關(guān)鍵詞】：隱身技術(shù) 頻率選擇表面 有限陣列 隱身雷達罩 光學透明頻率選擇表面
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O482.54
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 論文研究背景及意義13-15
• 1.2 隱身技術(shù)及雷達散射截面15-17
• 1.3 頻率選擇表面概述17-20
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-25
• 1.5 目前存在的問題及論文研究內(nèi)容25-27
• 第2章 頻率選擇表面理論分析27-55
• 2.1 頻率選擇表面Floquet模式27-31
• 2.2 基于Floquet模式分析頻率選擇表面的傳播規(guī)律31-41
• 2.2.1 頻率選擇表面的透射場和反射場32-37
• 2.2.2 Floquet模的傳播37-39
• 2.2.3 金屬及介質(zhì)參數(shù)對主模傳播的影響39-41
• 2.3 有限大頻率選擇表面透、反射系數(shù)分析41-50
• 2.3.1 有限大FSS透、反射系數(shù)計算方法41-44
• 2.3.2 有限大頻率選擇表面散射遠場的計算44-48
• 2.3.3 有限/無限頻率選擇表面對比計算分析48-50
• 2.4 有限大頻率選擇表面電磁特性分析50-53
• 2.5 本章小結(jié)53-55
• 第3章FSS雷達罩工藝研究與誤差分析55-75
• 3.1 柔性屏轉(zhuǎn)移法制作FSS雷達罩55-61
• 3.1.1 柔性屏轉(zhuǎn)移法簡介55-56
• 3.1.2 雷達天線罩子平面劃分設(shè)計56-58
• 3.1.3 頻率選擇表面柔性屏制備研究58-60
• 3.1.4 雷達天線罩精密層合工藝研究60-61
• 3.2 FSS雷達罩引入誤差對電磁特性的影響研究61-74
• 3.2.1 FSS設(shè)計參數(shù)誤差對電磁特性的影響61-66
• 3.2.2 周期截斷對FSS電磁特性的影響66-74
• 3.3 本章小結(jié)74-75
• 第4章 曲面頻率選擇表面設(shè)計75-95
• 4.1 Y環(huán)型頻率選擇表面排布方法介紹75-77
• 4.2 平面準周期布陣法研究77-83
• 4.2.1 平面準周期等半徑布陣法77-78
• 4.2.2 準周期布陣誤差分析78-83
• 4.3 不可展開曲面空間準周期布陣建模83-91
• 4.3.1 一般二次曲面稀疏排布建模84-87
• 4.3.2 一般二次曲面密集排布建模87-91
• 4.4 三維激光雕刻系統(tǒng)設(shè)計91-93
• 4.5 本章小結(jié)93-95
• 第5章 頻率選擇表面雷達罩電磁特性分析95-113
• 5.1 頻率選擇表面雷達罩電磁特性仿真計算95-106
• 5.1.1 時域有限差分法計算原理概述96-100
• 5.1.2 時域有限差分法求解電大尺寸問題精度分析100-103
• 5.1.3 空間準周期頻率選擇表面雷達罩仿真分析103-106
• 5.2 頻率選擇表面雷達罩電磁特性測試分析106-112
• 5.2.1 微波暗室電磁特性測試環(huán)境介紹106-108
• 5.2.2 頻率選擇表面雷達罩測試分析108-112
• 5.3 本章小結(jié)112-113
• 第 6 章 雙模制導雷達罩上 FSS 設(shè)計113-133
• 6.1 光學透明頻率選擇表面簡介113-116
• 6.2 光學透明頻率選擇表面一體化設(shè)計116-123
• 6.2.1 光學透明頻率選擇表面一體化設(shè)計方法116-119
• 6.2.2 一體化設(shè)計光學透明頻率選擇表面計算分析119-121
• 6.2.3 光學透明頻率選擇表面制備及測試121-123
• 6.3 光學透明頻率選擇表面紅外高透過率優(yōu)化123-132
• 6.3.1 基于混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面設(shè)計123-125
• 6.3.2 混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)頻率選擇表面計算分析125-130
• 6.3.3 混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面測試分析130-132
• 6.4 本章小結(jié)132-133
• 第7章 總結(jié)與展望133-137
• 7.1 論文研究成果及創(chuàng)新性工作133-134
• 7.2 研究展望134-137
• 參考文獻137-147
• 在學期間學術(shù)成果情況147-149
• 指導教師及作者簡介149-151
• 致謝151

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