利用频率选择表面改善微波吸收材料S波段的吸波性能

研究了如何利用金属周期性频率选择表面(FSS)的频率特性来改善微波吸收材料S波段的吸波性能。利用频率选择表面的等效电路和传输线理论分析了FSS和吸波材料涂层双层结构的微波反射特性。采用基于有限元方法的电磁波全波分析软件设计并仿真分析了FSS的结构和尺寸,实际制作了FSS和吸波材料涂层双层结构,测量了微波反射性能。理论分析和实验研究表明,利用FSS可以明显改善吸波材料涂层S波段的吸波性能,展宽涂层的吸波带宽,从而改善吸波材料的低频吸波性能。     

宽带天线罩和雷达吸波材料的优化计算

利用Dixon优化算法优化各介质层的厚度,并采用多层结构,使在确定的频率点上天线罩对电磁波有很好的透射特性,雷达吸波材料有较强的吸收特性;而且达到宽频带的要求。计算结果表明,优化的天线罩对固定频率的电磁波的透射系数的幅值接近最大值1,而附在金属表面的雷达吸波材料对固定频率的电磁波的反射系数的幅值接近最小值0;并且随着介质层数的增加,频带明显展宽。     

单层高磁导率吸波薄膜的设计

以高磁导率薄膜作为现代电子系统内的吸波材料具有薄、轻的优点,但传统观点认为单层吸波材料的厚度取1/4个介质内波长时,会产生谐振损耗或干涉相消而致使功率反射系数最小.而本文的计算分析表明,要使目标频点的电磁波吸收最强,单层高磁损耗吸波材料的厚度一般小于1/4个介质内波长.且薄膜的磁导率实部的增加能够扩展吸波的带宽,而虚部的减小则有助于缩减吸波的带宽.     

有源雷达吸波体加载调控特性研究

从传输线等效电路理论出发,设计了一种基于有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS)雷达吸波结构,最上一层是表面层,为AFSS 衬底;中间层是AFSS 层,由频率选择表面(frequency selective surface,FSS)和多个PIN 二极管组成;第三层为泡沫材料组成的介质层。由反射率测量结果表明,改变加载到PIN 二极管两端的直流电压可以控制其反射特性,实现吸波效果灵活可调。另外,利用正弦波作为加载信号也可实现动态地调控;当正弦波频率分别为100kHz、1MHz 和5MHz 时,反射率在3.2～5.6 GHz频段内可获得优于-10dB 的吸波效果。     

电阻贴片频率选择表面(FSSR)的吸波性能研究

对电阻贴片频率选择表面(FSSR)的吸波性能进行了研究.将传统FSS的导体贴片用电阻贴片代替,制备了由不同尺寸、电阻的FSSR与不同厚度介质层构成的单层吸波材料.在以Agilent 8720ET矢量网络分析仪为核心的弓形法测试系统中,在2GHz～18GHz频率范围内测量了材料的反射率.结果表明:电阻贴片频率选择表面较Salisbury屏有更宽的吸收频带,其单元贴片尺寸、单元贴片电阻以及介质层的厚度都对吸波材料的反射率有明显的规律性影响,但与单一的Salisbury屏和传统的FSS明显不同,并采用传输线理论对其吸收机理进行了分析.     

多层吸波涂层的反射特性分析

从反射定律和折射定律论出发,导出了电磁波以任意角入射时多层吸波涂层的反射系数公式.用所得公式分别计算了二层和三层涂层的实例,得到了反射曲线,通过曲线分析了电磁波的入射角、极化状态等对隐身效果的影响.此法简单易行,为结构型吸波材料的计算机辅助分析和设计提供了基础.     

NiCuZn铁氧体基复合材料表面波吸波特性研究

制备了可以适用于P波段的NiCuZn铁氧体基复合材料,研究了基于NiCuZn铁氧体的复合型吸波材料对P波段电磁波表面波抑制的影响。并基于Stratton提出的表面波衰减率计算方法,分析了表面波衰减率与吸波材料厚度的关系,研究了不同电磁波铁氧体吸收剂含量的复合型吸波材料所对应的表面波吸波频带。研究结果表明:随着复合材料中铁氧体吸收剂质量占比的增大,其电磁参数均随之增大;当铁氧体与石蜡质量比为5∶1时,厚度为10 mm的复合型吸波材料具有最好的表面波衰减率;吸波材料在570～998 MHz的表面波衰减率均大于20 dB/m。     

S频段领结型贴片吸波层的设计与实验研究

研究设计了一种S频段宽带领结型贴片结构的微波吸波层.从Floquet定理可得,电磁波照射到周期结构时其反射及透射波可分解为一系列Floquet模,周期结构尺寸的减小会使得高阶模成为衰减波并抑制其反射,这一现象有利于吸波层的设计.但由于减小单元尺寸限制了单元内部贴片的尺寸,不利于周期单元在较低频段谐振.基于天线理论,选择领结型结构作为周期单元贴片,设计出了一种宽带超薄型微波吸波层.通过仿真和样品测试,该吸波层的10 dB吸波率带宽覆盖整个S频段并达到90％,而其厚度小于频段中心频点自由空间波长的1/7.     

非均匀介质透射波Goos-Hnchen位移的研究

基于不变嵌入理论,推导出电磁波入射到非均匀介质平板,反射系数和透射系数的耦合波方程;利用稳态相位方法,分析了透射波Goos-Hnchen(GH)位移的性质。通过数值计算,研究了入射角和介质厚度对透射率及GH位移的影响。结果显示,介质厚度一定时,透射率在特定角度具有极大值,对应的透射波发生负的GH位移,并且位移绝对值最大;入射角不变时,透射率和GH位移随厚度呈周期性变化,厚度增加,透射率呈下降趋势,但GH位移呈增大趋势。GH位移受入射角和介质厚度的影响很大,因此,可以通过调节厚度和入射角,获得合适的透射率和GH位移。     

双层方环可电控FSS吸波屏设计和实验研究

提出了基于双层方环FSS结构的可电控吸波屏,通过加载PIN二极管在X波段实现了对FSS吸波屏吸波性能的电流控制.加工制作了可电控吸波屏的实验样品板并进行了实验测试,分别测量了垂直入射与斜入射情况下、电场极化同PIN管极性所趋方向相同时吸波屏的反射率频响曲线,曲线中保证有效吸收的频带区域的动态迁移范围覆盖了整个X波段.实验结果表明:该吸波屏能够有效吸收入射电磁波,其吸波性能经电流的控制可满足不同的带宽要求,且带宽的可电控特性在垂直入射与斜入射时均达到了预期的目标,体现了双层方环型FSS吸波屏对多角度入射波的适应性.     

Application of a microgenetic algorithm (MGA) to the design ofbroadband microwave absorbers using multiple frequency selective surfacescreens buried in dielectrics

Over the years, frequency selective surfaces (FSSs) have found frequent use as radomes and spatial filters in both commercial and military applications. In the literature, the problem of synthesizing broadband microwave absorbers using multilayered dielectrics through the application of genetic algorithms (GAs) have been dealt with successfully. Spatial filters employing multiple, freestanding, FSS screens have been successfully designed by utilizing a domain-decomposed GA. We present a procedure for synthesizing broadband microwave absorbers by using multiple FSS screens buried in a dielectric composite. A binary coded microgenetic algorithm (MGA) is applied to optimize various parameters, viz., the thickness and relative permittivity of each dielectric layer; the FSS screen designs and materials; their x- and y-periodicities; and their placement within the dielectric composite. The result is a multilayer composite that provides maximum absorption of both transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) waves simultaneously for a prescribed range of frequencies and incident angles. This technique automatically places an upper bound on the total thickness of the composite. While a single FSS screen is analyzed using the electric field integral equation (EFIE), multiple FSS screens are analyzed using the scattering matrix technique     

FSS对TE极化波传输特性的实验研究

通过实验测试,从单元的尺寸、形状、介质加载以及各参数对入射角的敏感性等方面,初步探讨了频率选择表面(Frequency Selective Surfaces,简称FSS)对TE波的传输特性.结果表明,FSS的谐振频率主要由单元的尺寸和形状确定;介质加载使得FSS平板的谐振频率降低;加载不同厚度的介质对FSS的透波率和谐振频率影响不同;对称加载介质能提高FSS的传输特性对入射角的稳定性.     

Frequency-selective transmission by a leaky parallel-plate-like waveguide

The phenomena of high frequency-selective transmission of a plane wave by a dielectric two-dimensional (2-D) periodic waveguide, comprising a uniform dielectric layer sandwiched by two finite thickness 2-D periodic structures served as the waveguide wall is described. This structure is termed a leaky parallel-plate-like waveguide because the waveguide walls are not perfect reflection mirrors. The scattering characteristics and dispersion relation, including the phase and attenuation constants, of the 2-D periodic waveguide are thoroughly analyzed with the modal transmission-line method and Floquet theory. The extraordinary open stopbands caused by the contra-flow coupling between a leaky parallel-plate-like waveguide and the leaky waves, which are generated by 2-D periodic structures (waveguide walls), are displayed in the form of the Brillouin diagram. The phase-match condition is used to verify the resonant coupling between the incident plane wave and the leaky parallel-plate-like waveguide modes. Specifically, the transmission peak frequencies are accurately predicted.     

近红外单/多频石墨烯谐振腔吸波器研究

采用传输矩阵法研究了石墨烯谐振腔在一维周期结构中的吸波特性。在700~950 nm波段,通过改变不同介质的尺寸、入射角大小以及电磁波模式等参数,分析了吸收频点及吸收峰值的变化情况。研究结果表明,在改变缺陷层的尺寸时,可产生单频点或双频点吸收峰;入射角及电磁波模式的变化对吸收峰的峰值影响较大。以上分析结果可以为近红外石墨烯吸波器的设计提供理论依据。     

双阻带红外频率选择表面的设计

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率,设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面（FSS）,利用CST电磁软件进行仿真分析,发现该FSS在3~5 m和8~14 m两个波段内的平均透过率低于2.5%,实现了红外波段的双阻带;采用表面电流模式分析法和有效介质理论分析了该FSS的滤波机理,发现不同谐振点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强,形成增强型反射,即比较理想的红外光阻带;最后研究了电磁波的极化方式、入射角度、介质属性以及结构参数对FSS传输特性的影响。结果表明该FSS具有良好的偏振稳定性和角度稳定性,介质属性和结构参数对其传输特性有较大影响。     

带有多层介质衬底FSS的损耗和带宽特性分析

本文简要介绍应用模匹配方法分析带有多层介质衬底的FSS频率响应技术,在此基础上研究带有多层介质衬底的平面Y形缝隙周期阵列对平面波的频率传输特性。重点讨论介质层厚度变化对FSS传输损耗及带宽的影响。     

Frequency Selective Surfaces with Anisotropic Dielectric Superstrates

A full wave analysis is developed for frequency selective surfaces composed of rectangular patches mounted on a dielectric anisotropic substrate and covered with a uniaxial anisotropic superstrate. The moment method is used in combination with the spectral domain immittance approach to determine the FSS structure reflection and transmission coefficients.     

三维介质频率选择表面结构的多模网络分析

该文采用多模网络与严格模匹配相结合的方法分析了介质周期结构在电磁波斜入射情况下的散射特性。定量地分析了这种三维频率选择表面结构的频率选择特性随入射波的频率、入射角度、周期层和均匀层的厚度与介电常数等结构参数的变化关系,从而为三维介质频率选择表面的设计和应用提供了依据。     

介质损耗对频率选择表面传输特性的影响

应用模匹配技术,研究了Y形缝隙平面周期阵列夹嵌于均匀有耗介质层中心的夹心频率选择表面(FSS)结构对平面波的传输特性。讨论了介质层对结构中心谐振频率、传输带宽、以及传输损耗的影响规律。相同介电常数的介质材料在有耗和无耗情况下的模拟分析结果清楚表明介质本身的损耗是影响FSS结构损耗特性的主要因素。