基于電磁諧振的寬頻周期吸波結構設計.pdf

1、雷達吸波材料是指能夠有效吸收衰減入射電磁波的一類材料，其核心是在薄的厚度下獲得寬頻段高強度吸收。然而，任何厚度的吸波材料都存在一個對應的使用頻段，而通過提高磁導率或進行多層吸波材料設計拓展帶寬的傳統(tǒng)方法已經遠遠不能滿足當前需求，特別是在L、S波段。因此，拓展吸收帶寬、突破低頻吸收瓶頸成為當前電磁波吸波技術領域亟需解決的核心問題。
　　與傳統(tǒng)吸波材料不同，周期吸波結構側重于利用人工結構聚集入射的電磁場，再通過介質損耗吸收被聚集的能量

2、。由于這種特別的吸波方式，周期吸波結構有望解決上述寬頻吸收難題。本文以電阻膜、磁性吸波涂層或磁性薄膜構成的周期吸波結構為研究對象，通過分析電磁場及其能量損耗分布，建立等效電路模型，構建吸收性能與等效集總參數、結構參數之間的關系，解決吸波材料的寬頻及低頻吸收難題，取得了以下主要成果：
　　1.采用等效電路理論，建立了周期吸波結構寬頻吸收的約束方程，發(fā)現(xiàn)了常規(guī)圖案在寬頻吸收中的不足。
　?。?）對電阻膜周期吸波結構的等效電路理論

3、進行反演計算，得出寬頻吸收的約束方程，方程定量揭示了吸收峰與等效參數之間的關系，并給出了實現(xiàn)吸收峰所需的理想電阻曲線。
　　（2）將約束方程用于分析長方形、正方形和方環(huán)形等電阻膜吸波結構的吸收特點，研究了這些結構的低頻單諧振吸收缺陷，發(fā)現(xiàn)單一表面電流分布是造成該缺陷的原因。
　　2.基于約束方程進行多諧振設計，提高了電阻膜吸波結構的低頻寬頻吸收性能。
　　（1）根據約束方程中吸收峰與等效參數之間的關系，提出了一種低頻雙

4、諧振吸收的梯形耦合型周期吸波結構，理論分析、數值計算以及實驗證明了這種結構可以將單元內外內的耦合作用有機結合在一起，實現(xiàn)了表面電流的頻散分布，拓展了低頻吸收帶寬。
　?。?）根據約束方程中的理想電阻曲線，提出了基于非均勻表面電阻設計的多諧振型周期吸波結構，并建立相應的設計方法，這種設計理念兼容了空間電荷引起的相對近場作用以及表面電流引起的相對遠場作用，從而引入多諧振機制，拓展了低頻吸收頻帶。
　　3.通過周期結構的多諧振設計

5、，拓展了磁性吸波涂層的吸收帶寬。
　　（1）針對具有頻散電磁參數的磁性吸波涂層，通過局域場作用調節(jié)諧振特性，設計了一種低頻雙諧振吸收的針尖耦合型周期吸波結構，與傳統(tǒng)的非磁性周期吸波結構不同，這種結構的能量耗散包含磁損耗和介電損耗，多損耗機制進一步拓展了周期吸波結構的吸收帶寬。
　?。?）通過在磁性吸波涂層內部嵌入金屬陣列，激發(fā)頻散的電磁相互作用，不僅在中高頻段提高常規(guī)的干涉吸收能力，而且在低頻段引入尺寸諧振吸收，進一步增加了

6、吸收帶寬。
　　4.創(chuàng)新性地提出了金屬磁性薄膜型周期吸波結構。
　?。?）結合金屬磁性薄膜的電磁特性與周期結構設計理論，提出了磁場定向型吸波結構，發(fā)現(xiàn)薄膜陣列對入射磁場的重定向作用，使磁場被薄膜的高磁損耗吸收掉，克服了磁性薄膜中高電導率導致的阻抗嚴重失配問題。
　　（2）結合不同薄膜的電磁特性與磁場定向作用，進行多諧振設計，發(fā)現(xiàn)薄膜導電性決定了電磁響應形式，高導電性薄膜起重定向作用，低導電性薄膜起損耗吸收作用，為多諧振