光学透明和双波段吸波超材料的设计与性能

设计和制作了一种基于超材料的光学透明和双波段吸波体,吸波体基本单元由ITO 十字微结构加补丁结构、玻璃及ITO 膜组成。采用时域有限差分法,研究了十字微结构加补丁结构参数对吸波体电磁性能的影响。仿真结果表明,补丁结构的加入,可以实现双波段高效吸收电磁波,材料在8.5 ~11 GHz 和14.5 ~16.5 GHz 频率范围内反射率小于-10 dB。根据仿真结果,制作了透明吸波体样品,测试了材料反射率和透光率,测试反射率结果与仿真结果吻合得较好,且在可见光区及近红外区透光率达到70%以上。     

频率选择表面谐振特性在吸波材料中的应用

利用等效电路法(ECM)及时域有限差分(FDTD)算法分析了频率选择表面(FSS)在2.0～18.0GHz的传输特性,并进行自由空间法测试;同时对含FSS复合吸波材料进行了仿真分析与弓形法反射率测试。结果表明,利用FSS谐振特性与吸波材料吸收特性相互作用,反射率小于–10.0dB的合格带宽可达到7.2GHz(5.0～12.2GHz),有效展宽了反射率曲线的合格带宽,实现了吸波材料吸收性能的宽频化设计。     

嵌入频率选择表面的Salisbury吸波屏设计

在分析传统Salisbury吸波屏的工作原理的基础上,阐述了通过嵌入带损频率选择表面(lossy FSS)来提高吸波性能的可行性,并基于该方案设计了一款能够在3.5~18.5 GHz频率范围内(相对带宽为136%)有效吸波的超宽带吸波结构,这种带损频率选择表面被嵌入在高阻表面(377?/□)和反射面之间。分析了该结构中的附加电阻大小、FSS单元结构和几何尺寸等不同参数对吸波性能的影响,并通过理论分析、计算仿真和实物测量,证实了在厚度相同的情况下,通过加载带损FSS可以使传统Salisbury吸波屏提高约62%的相对带宽,对雷达吸波材料的研发具有一定的指导意义。     

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.     

频率选择性透波吸波电磁结构

提出的频率选择性透波吸波(FSTA)复合结构,是一种在保证天线正常工作性能的前提下,实现对带外电磁波吸收的新技术。该技术具有隐身频带宽,自身结构强度强,电子设备电磁兼容特性高等优势。分析了一些典型频率选择表面(FSS)单元的等效电路模型,推导出了FSTA 复合材料的等效电路模型,实现了对新型结构的快速定性分析,并得到结构中各参数对结构性能的作用规律。通过仿真优化实现了低频透波高频吸波(LTHA)型电磁结构的设计。     

随机分布贴片构成频率选择表面的吸波特性研究

探讨了随机分布贴片构成的频率选择表面在吸波材料应用中的原理,提出了用随机分布的电阻贴片来拓展吸波带宽和提高吸收率.用有限元方法仿真分析了这种频率选择表面应用于吸波材料设计的可行性.讨论了表面占有率、表面电阻率以及分布形式对复合材料反射率频率特性的影响.仿真结果证明包含这种新型FSS结构的吸波材料可以很好地改善材料的吸波性能.     

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.     

基于AFSS的吸波性能可调的微波吸收体

从传统的Salisbury屏结构出发,设计了一种由半圆和三角图形组合而成的频率选择表面(FSS)单元,随后将PIN二极管与FSS图形相结合,制得了一种AFSS吸波结构体.利用电抗加载方式对该结构体进行了仿真,并在微波暗室下对实物进行了测试.结果表明:测试结果和仿真结果变化趋势相似.在2～8 GHz内,结构体吸收峰从-4...     

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。     

流延法制备铁基吸波电磁厚膜的工艺和吸波性能研究

采用流延法制备了铁基吸波电磁厚膜,通过优化混料工艺制备出的厚膜可以达到200μm厚。通过DSC测试确定了叠层固化温度在130℃,固化后的样品可以用于多层吸波结构。通过实验确定了树脂含量21%(质量分数)的浆料和50～80 g/inch的离型力PET膜润湿性良好,流延膜可以连续收卷。测试了2.6～3.95 GHz内吸波厚膜的电磁参数,用弓形法测试了反射率。研究发现:球状铁粉含量85%(质量分数)的吸波厚膜吸收峰值可达-24 dB,-10 dB以下的吸收带宽为4.2 GHz。制备的球状铁粉和片状铁粉基吸波电磁厚膜样品在2～18 GHz范围内搭配使用可以有效吸收电磁波。     

圆型厚屏频率选择表面的特性研究

相对于薄屏频率选择表面而言,厚屏频率选择表面可以通过高精度机械加工手段直接利用金属屏获得,加工方法简单。同时,厚屏频率选择表面具有更高的Q 值和较少的介质匹配问题。在设计了一种圆形厚屏频率选择表面的基础上,通过时域有限差分法进行了数值仿真,研究了单元尺寸、单元周期和屏厚度等参数对其传输特性的影响,并通过机械加工方法进行了样件的微波暗室测试对比。结果表明:随着单元周期和屏厚度的增加,工作带宽和中心频点降低;随着单元尺寸的增加,工作带宽增加,但中心频点降低。仿真结果与测试结果规律相一致。     

一种液控可调透明吸波结构

提出一种液控可调透明吸波结构。该结构由双方环频率选择表面结构、透明介质层和导电底板构成。介质层包括上下两层液体介质填充层,通过注入不同电参数的液体介质,实现吸波结构吸收率的调控;通过注入不同颜色的液体介质,实现结构表面颜色的变化;采用液体介质循环注入方式和流速控制,可调控结构表面温度。提出的结构有望应用于光学、红外和雷达多波段融合伪装装备,同时为背景自适应伪装奠定基础。本文主要研究注入液体介质对吸波性能的影响规律。仿真结果表明:改变液体介质注入模式和介质种类可以在4~18 GHz 频带内实现10 dB 以上反射率大幅动态调控,并且该吸波结构具有同时对光学和红外特性进行调控的潜力。     

具有宽频特性带通频率选择表面的设计

基于高阶特性的频率选择表面（FSS）有更好的带宽展宽性,提出了利用高阶带通FSS的方法 来 设计具有宽频特性的带通FSS。设计了一种基于圆结构具有五层结构的FSS,利用仿真软件对 FSS单元进行计算和分析。分析结果表明：此五层结构的FSS具有三阶单通带性能,其绝对 带宽达到6.07 GHz,相对带宽达到72%,通带平稳光滑,通带内插损小,对不同角 度、 不同极化方式入射的电磁波保持很好稳定性。此FSS具有很稳定的宽频特性,从而验证了此 宽频带通FSS设计方法的可行性。     

基于等效传输线理论的高效超宽带吸波体

设计了一种基于氧化铟锡(ITO)薄膜的宽带吸波体,该吸波体在1.92~13. 15 GHz 之间实现90%以上吸波,绝对带宽达到11.12 GHz,相对带宽达到149.04%,完全覆盖了S、C、X 波段,部分覆盖了L波段和Ku波段,峰值吸收率达到了99%以上。文中采用BP神经网络快速精确计算出方环与方贴片所构成的表面结构的等效阻抗;仿真对比了不同层数的影响并通过遗传算法对单元结构参数进行优化;基于等效传输线理论,解析表达优化后单元的反射率并与实际仿真结果进行了对比。仿真与测试结果显示不同极化和不同斜入射角情况下,单元的吸收率曲线变化较小,说明该结构具有极化不敏感和大入射角特性。提出的方法解决了传统经验公式对结构参数普适性不足的问题,由于使用ITO作为表面结构,其阻抗实部可调范围广,在理论上无需扫参,可以快速精确地设计任意波段吸波的吸波体。     

曲面频选天线罩电性能设计研究

针对现如今频率选择表面(FSS)普遍基于平板进行理论研究的现状,提出了一种基于HFSS-Matlab创建曲面频率选择表面的方法。设计了平板频选单元及A夹层平板天线罩,并进行了仿真分析;采用该方法将准周期排列的曲面频选单元附于A 夹层正切卵形介质天线罩表面。为了验证曲面频选的性能,选用宽波束的平面螺旋天线作为激励,对曲面频选天线罩天线系统进行了联合仿真,并分析了加载曲面频选结构对天线罩电性能的影响。结果表明,所设计的曲面频选结构与平板FSS结构电磁性能基本保持一致,实现了曲面FSS 频率选择的功能,在传输段内不仅能够满足天线罩电性能设计指标要求,而且能有效降低天线带内强镜面反射(RCS),对曲面频选天线罩的实际工程应用具有指导意义。     

一种Ku频段弯折结构小型化频率选择表面

针对当前微波系统对小型化频率选择表面的需求,提出了一种基于弯折结构的小型化频率选择表面,通过将三极子和末端圆弧组合的方式实现尺寸的缩减。对设计的结构进行了仿真设计与加工测试,实验结果表明,其谐振频率为13.06 GHz,呈现带通特性,单元尺寸为谐振波长的0.16倍,-10 dB带宽为0.159 GHz,并且具有良好的入射角度稳定性。所采用的这种弯折单元结构的设计方法可以在其他小型化频率选择表面结构中应用。     

频率选择表面谐振特性在玻璃钢结构吸波材料中的应用研究

研究了频率选择表面(FSS)的谐振特性对玻璃钢(FRP)结构吸波材料吸波特性的补偿提高作用。为了提高FRP在8~11 GHz频段内的吸波特性,利用有限元法仿真设计了圆环孔径型以及双方环贴片型两种不同图形样式的FSS,并用自由空间法对其谐振特性进行了测试,最后利用FSS谐振特性对FRP在8~11 GHz频段内的吸波特性进行了补偿优化。结果表明,利用FSS在对应频段内的谐振特性,能够将FRP在8~11 GHz频段内的反射率全频段降至–10 dB以下,从而大幅度提高了FRP的雷达吸波特性。这为玻璃钢结构吸波材料的隐身化研究开辟了一条新的途径。     

糖果型电阻膜宽带超材料吸波器的设计

提出了一种糖果型电阻膜宽带超材料吸波器。该吸波器的单元结构采用电阻膜-介质-电阻膜结构,其中顶层电阻膜为糖果型, 介质层由多种材料叠加而成, 介质层材料从顶至底依次为PET、FR-4、PMMA 和PET。CST 软件仿真结果表明本吸波器吸收率的峰值可达100%,吸收率超过99% 的频带宽度约为2.5 GHz, 超过90% 的频段能够完全覆盖X 波段, 部分覆盖Ku 波段,相对带宽为70%。随着电磁波入射角度的变化, 吸收峰所对应的中心频率稳定, 能够实现对相应频段的完美吸波,并且具有宽带吸波特性。