基于电路模拟吸收体的宽带吸波型频率选择表面设计

设计了一种加载集总电阻的单极化低频透射吸波型频率选择表面(absorptive frequency selective surface,AFSS).该结构由二维有耗频率选择表面(FSS)阻抗屏和三维带阻FSS级联组成.利用集总电阻加载的容性FSS和高选择性的三维宽阻带FSS实现了超宽带通响应以及低剖面、高选择性特性.仿真结果显示设计的吸波型频率选择表面通带为1—3.5 GHz,吸波频段为6.6—11.6 GHz,通带与吸波频段的过渡带比为1.9.最后制作实物进行了实验验证,测试结果与仿真基本一致,充分验证了设计的有效性和正确性.     

含螺旋单元频率选择表面的宽频带强吸收复合吸波体

设计和制备了含螺旋单元频率选择表面吸波片的三层复合吸波体,上层和下层均为磁性吸波片,中间层为带缺口的螺旋单元频率选择表面.复合吸波体在总厚度分别为1.4,1.7和2.0 mm时,其反射率在-10d B以下的频带宽度分别达到了9.29,6.69和7.11 GHz,与不含有频率选择表面的吸波体相比较(其他参数相同),-10d B以下反射率带宽分别提高了159.5%,69.3%和129.4%,复合吸波体在总厚度低于吸波体时,也取得了更好的反射效果.带缺口圆螺旋单元的频率选择表面嵌入吸波体中,引入了额外的吸收频带,拓宽了吸波体的反射率频带宽度.仿真分析表明嵌入频率选择表面能够改善吸波体的阻抗匹配性,进而影响其反射率.     

基于电阻型频率选择表面的宽带雷达超材料吸波体设计

将多边开缝式电阻型频率选择表面 (frequency selective surface, FSS)与传统的磁性吸波材料(radar absorption materials, RAM)复合, 提出了一种新型吸波体模型. 在分析该模型材料结构和拓扑结构的基础上, 得到等效电路模型; 基于传输线理论获得该模型的反射率及输入阻抗. 采用CST仿真软件对电阻型FSS与无电阻型FSS进行对比仿真, 通过分析吸波效率, 结果表明电阻型FSS在8.7 GHz附近具有更加优良的吸波性能, 实物测试结果与仿真结果一致. 同时FSS复合传统的磁性吸波材料RAM 产生了拓频效果, 在8–15 GHz范围内起到全频段吸收.     

一种基于3D打印技术的结构型宽频吸波超材料

设计了一种三层宽频吸波超材料,其表层和中间层为单元尺寸不同的周期阵列结构,底层为吸波平板结构,优化后的总厚度仅为4.7 mm,并采用三维(3D)打印技术成功制备了该吸波超材料.吸波体反射率测试结果表明,在电磁波垂直入射条件下,宽频吸收峰分别出现在5.3和14.1 GHz,两峰叠加使得其在4-18 GHz频率范围内反射损耗均小于-10 dB.采用S参数反演法计算了每一层的等效电磁参数,并利用多层结构反射率公式推导得出该模型的理论反射率,理论计算结果与实测结果基本一致.通过研究能量损耗、电场分布和磁场分布揭示了吸波机理,分析表明该吸波体的宽频吸收效果源于三层结构产生的吸收带宽叠加.本文提出的吸波超材料具有良好的宽频吸收效果,尤其在低频范围吸波性能较佳,结合3D打印快速成型技术,可获得结构精细的三层吸波超材料,具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景.     

基于超材料与电阻型频率选择表面的薄型宽频带吸波体的设计

设计了三种类型吸波体, 分别为基于正方形金属贴片(square metal patch, SMP) 结构超材料吸波体、 电阻型频率选择表面(Resistance Frequency Selective Surface, RFSS) 吸波体和SMP与RFSS的复合结构吸波体. 采用FDTD算法分别对这三种类型吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟分析. 模拟得到的结果表明: 在整个2-30 GHz频率范围内, SMP吸波体, 通过几何参数的设计可以实现多频窄带强吸收; RFSS吸波体, 通过方块电阻的设计可以实现高频宽带强吸收, 但强吸收的带宽有限; SMP与RFSS的复合结构吸波体, 在3-25 GHz之间吸收率大于90%以上, 且宽频范围内与自由空间具有较好的阻抗匹配特性.     

圆环单元FSS对改善吸波体雷达吸波特性的影响

设计了圆环单元的频率选择表面（FSS）结构,并将该结构置于吸波材料中构成了复合吸波结构。利用谱域法对该结构进行数值模拟,计算出频率为2～16GHz微波波段的反射系数,并研究了圆环单元尺寸和排布周期对其吸波特性的影响。结果表明：当圆环单元FSS的单元间距为10mm,单元尺寸为3．3mm时,其共振频率的反射率由-8．15dB降低为-14．54dB,-5dB吸波带宽由1．2GHz拓展为3．05GHz;且随圆环单元尺寸增大,共振反射率增加;随单元排列周期增加,吸波材料带宽增大。结果表明,利用FSS可以明显改善吸波材料涂层的吸波性能,通过凋整相关参数可以获得所需的复合吸波结构,拓展FSS在吸波材料中的应用范围。     

双层螺旋环超表面复合吸波体等效电路模型及微波损耗机制

针对超材料吸波频带窄的问题,采用金属螺旋环超表面与碳纤维吸波材料相复合的方式,设计了宽频高性能复合吸波体.研究发现,在碳纤维吸波材料中引入双层螺旋环超表面能显著增强吸收峰值和吸波带宽,且适当增加螺旋环初始线长和吸收层厚度有利于提高复合吸波体的吸波性能, 9.2—18.0 GHz频段的反射损耗均优于–10 dB (带宽达8.8 GHz),吸收峰值达–14.4 dB.利用S参数计算得到螺旋环-碳纤维复合吸波体的等效电磁参数和特征阻抗呈现多频点谐振特性,通过构建双层螺旋环超表面等效电路模型,定量计算了复合吸波体的电磁谐振频点,发现由等效电路模型获得的谐振频点计算值与仿真值基本相符,说明该复合吸波体多频点电磁谐振是宽频电磁损耗的主要机制.     

基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计

设计了一种基于一阶Minkowski分形双方环(Minkowski fractal double square loop, MFDSL)电谐振器结构与电阻膜复合的超薄、 宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体. 该吸波体的基本结构单元由MFDSL电谐振器结构、方块电阻膜、电介质基板和金属背板组成. 采用时域有限差分算法对这种复合结构吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟分析. 模拟得到的反射率和吸收率表明: 该吸波体在7.5-42 GHz之间对入射电磁波具有大于90%以上的强吸收特性. 模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性. 进一步的数值模拟结果表明, 该复合结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电磁谐振和电路谐振机制, 通过方块电阻的设计可以实现工作频率范围的调节. 关键词： 电阻膜 分形频率选择表面 宽频带吸收     

一种S波段超宽带能量选择表面设计

设计了一种工作在S波段的能量选择表面,可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成,顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片,金属条与金属片间加载两个PIN二极管;底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时,能量选择表面工作在透波状态,电磁波可以传播;当入射电磁波场强超过阈值时,金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通,此时能量选择表面进入防护状态,电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析,解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好,表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz,插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2～3.5 GHz;在防护状态下,工作频带的防护效能大于10 dB,达到了超宽带的要求。     

基于金属线阵列嵌入的低频宽带电路模拟吸波体设计

由于等效电阻谐振条件限制, 传统的单层电路模拟吸波体(CA)结构在低频段不能形成多个谐振点. 为了突破这个限制, 本文提出了一种金属线阵列嵌入的单层CA结构. 该结构在低频段形成了双谐振峰吸收, 拓展了吸波频带. 采用准静态模型, 分析金属线阵列嵌入的单层CA结构内的电磁波的散射. 分析结果表明, 金属线阵列的嵌入使结构的介质层在低频激发等离子体谐振. 在该谐振频率点, 结构形成额外吸收峰, 该吸收峰和单层CA结构原有的吸收峰一起实现了双峰吸收. 实验和FDTD数值计算结果相符合, 结果表明该结构在不增加厚度的前提下, 扩展了低频段的吸波频段. 关键词： 金属线阵列 宽带吸波 电路模拟吸波体 电阻型频率选择表面     

Design of double-layer active frequency-selective surface with PIN diodes for stealth radome

An experimental double-layer active frequency-selective surface(AFSS) for stealth radome is proposed. The AFSS is a planar structure which is composed of a fixed frequency-selective surface(FSS), a PIN diodes array, and a DC bias network. The AFSS elements incorporating switchable PIN diodes are discussed. By means of controlling the DC bias network, it is possible to switch the frequency response for reflecting and transmitting. Measured and simulated data validate that when the incidence angle varies from 0?to 30?the AFSS produces more than-11.5 d B isolation across6–18 GHz when forward biased. The insertion loss(IL) is less than 0.5 d B across 10–11 GHz when reverse biased.     

能量选择表面的瞬态响应

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容,研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构,即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性,实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变,具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法,分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系,结果显示:尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比,与少数载流子寿命成反比变化。     

快上升沿电磁脉冲作用下PIN二极管中的电流过冲现象

 为了研究瞬态电磁脉冲对PIN二极管的干扰，利用基于扩散漂移模型的基本半导体方程，采用半导体器件一维瞬态数值仿真的方法,对快上升沿阶跃电磁脉冲作用下PIN二极管中的电流密度和电荷密度分布的变化进行了研究，分别观察了正反偏电压脉冲作用下过冲电流的产生过程并进行了分析。分析表明，过冲电流是和PIN二极管在高频下的容性表现相关的，无论是在正电压还是负电压情况下，脉冲上升沿时间越短、初始正偏压越高，则过冲电流密度的峰值越高。     

Design of a tunable frequency selective surface absorber as a loaded receiving antenna array

An effective approach to designing a tunable electromagnetic absorber is presented and experimentally verified; it is based on an idea that an existing frequency selective surface （FSS） absorber is regarded as a loaded receiving antenna array. The existing absorber is effectively simplified by withdrawing half of the loaded resistors; a more compact one is obtained when lumped capacitors are introduced. Building on this, a varactor-tunable absorber with a proper bias network is proposed. Numerical simulations of one tunable absorber with 1.6 mm in thickness show that a wide tuning range from 3.05 GHz to 1.96 GHz is achieved by changing the capacitance of the loaded varactor from 0.5 pF to 5.0 pF. An experiment is carried out using a rectangular waveguide measurement setup and excellent agreement between the simulated and measured results is demonstrated.     

Orthogonal control of the frequency comb dynamics of a mode-locked laser diode

We have performed detailed studies on the dynamics of a frequency comb produced by a mode-locked laser diode (MLLD). Orthogonal control of the pulse repetition rate and the pulse-to-pulse carrier-envelope phase slippage is achieved by appropriate combinations of the respective error signals to actuate the diode injection current and the saturable absorber bias voltage. Phase coherence is established between the MLLD at 1550 nm and a 775-nm mode-locked Ti:sapphire laser working as part of an optical atomic clock.     

电磁脉冲作用下PIN二极管的响应

采用自主开发的二维半导体器件效应模拟软件,对电磁脉冲作用下PIN二极管的响应进行了数值模拟研究,分析了PIN管在脉冲电压上升沿时间内出现的电流过冲现象。结果表明:过冲电流与高频下PIN二极管的电容性有关,过冲电流的峰值与上升沿时间有关,上升沿时间越短,峰值越大;PIN管的掺杂也会对过冲电流产生影响,P层、N层的掺杂浓度越高,过冲电流的峰值越大,过冲电流的波形下降越快;I层掺杂浓度对过冲电流也有一定影响,但并不显著。     

多级PIN限幅器高功率微波效应研究

基于PIN二极管电热自洽耦合模型,构建了两级PIN限幅器高功率微波(HPM)效应电路模型。根据模拟模型设计加工了两级限幅器实验样品,限幅器输入、输出特性注入实验数据与模拟计算结果基本一致,验证了多级限幅器模型的有效性,表明该多级PIN限幅器模型能够应用于HPM效应模拟。针对不同HPM波形参数进行了HPM效应模拟,计算结果表明:随着注入功率的增大,脉宽增宽,前级厚I层PIN二极管结温升比后级薄I层PIN二极管结温升要高,因此厚I层PIN二极管更易受到损伤;而频率和前沿参数对结温升影响较小。     

PIN管的延迟击穿性能初步实验研究

延迟击穿器件(DBD)是一种新型半导体开关。研究了国产PIN二极管的延迟击穿效应,主要进行了单管、串联双管和串并联多管阵列PIN二极管器件的延迟击穿实验。实验结果显示,单管、双管和多管阵列PIN器件都可以陡化输入脉冲前沿,获得快前沿的输出脉冲。单管工作电压2.2 kV,脉冲前沿陡度由095 kV/ns提高到1.37 kV/ns;双管工作电压4.2 kV,脉冲前沿陡度由1.7 kV/ns提高到2.3 kV/ns;多管阵列工作电压8.0 kV,脉冲前沿陡度由2.4 kV/ns提高到3.2 kV/ns。     

GaAs PIN二极管电热特性

通过T-CAD软件建立了PIN二极管的电学模型和热学模型,模拟了PIN二极管的稳态与瞬态特性。研究了PIN二极管器件在正反偏压和脉冲电压下的电学特性及热学特性,讨论了PIN二极管的I层厚度与温度的关系,模拟得到了不同I层厚度的稳态与瞬态响应曲线、得到了与器件内部温度的关系。模拟结果表明:随着I层厚度的增加,器件内部最高温度增长减慢,器件内部最高温度区由结区位置向器件的中间位置移动。