一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备

设计了一种十字镂空的超材料结构,与传统的铁磁吸波材料相结合,实现了低频吸收频带的扩宽.仿真结果显示,吸波体在2-4 GHz范围可以实现-10 dB以下的吸收,相比于没有加载超材料的情况,吸收带宽扩展了0.5 GHz.实验结果在2.5-5.1 GHz范围内也显示了相似的吸收曲线,低于-9 dB的吸收频带有0.48 GHz的扩宽,扩展了23%.不同结构的能量损耗密度分布表明,相比于无镂空的十字结构,镂空十字结构可以增加磁场能量损耗,加强单元结构之间的耦合,降低超材料对传统吸波材料性能的破坏.探索了传统铁磁吸波材料厚度的变化对吸波体吸收性能的影响,发现由超材料引入的附加峰位置不随着吸波材料厚度的改变而明显地移动.根据这个结果,进一步设计了由两种超材料叠加组合而成的吸波体,仿真结果和实验结果均显示,在降低了1.1 mm铁磁吸波材料层厚度的情况下,使低频吸收带宽又扩展了0.9 GHz.     

基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体

仿真并实验验证了基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体, 该吸波体可以实现低频透射和高频吸收.实验测试结果表明, 该吸波体在6.77 GHz 吸收率峰值为83.6%, 半功率带宽为4.3%, 实现窄带强吸收.为进一步拓展该谐振型超材料吸波体的吸收带宽, 利用其低频透射特性, 将两个工作于不同频段的吸波体叠加在一起, 测试结果表明, 复合后超材料吸波体的半功率带宽可以增大到10.9%, 吸收率也略有增强. 该超材料吸波体设计简单, 具有较强的实用性和应用前景. 关键词： 极化无关 透射吸收 超材料吸波体     

磁化铁氧体覆盖二维导体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),且TE波的散射特性与铁氧体介质无关,而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关,同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式,同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷VonKarman型导体柱的TM波双站雷达散射截面,分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明:恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面,本文时谐因子取exp〔jωt〕.     

基于宽边耦合螺旋结构的低频小型化极化不敏感超材料吸波体

设计、仿真并实验验证了基于宽边耦合螺旋结构的低频小型化超材料吸波体. 实验测试结果表明, 该超材料吸波体在1.39 GHz吸收率达到最大为98%, 其单元尺寸和总厚度均为6.8 mm, 约为1/32工作波长, 实现小型化窄带吸波. 由于吸波体中螺旋结构是旋转对称排列的, 因而其对垂直入射电磁波的极化方向是不敏感的. 此外, 该超材料吸波体对斜入射横电和横磁极化电磁波在60°时, 仍具有强吸收. 关键词： 超材料 吸波体 小型化     

遗传算法设计多层微波吸收材料的结构

本文用遗传算法优化设计多层结构的电磁波吸收材料,通过优化设计和数值计算给出了材料的结构参数,并对优化结果的多种约束条件（总厚度、吸收带宽、反射率大小）进行了加权评估,从而得到了多种介质材料匹配后具有优良吸波特性的吸波材料．     

变截面铁氧体柱中电磁波传播的耦合波理论

在本文中,作者导出了一组普遍的耦合波方程,它描述了在部分填充以迴磁媒质的波导中电磁波的传播。利用这组方程,作者研究了纵向磁化铁氧体柱中的法拉第旋转(铁氧体柱的两端是截面变化的圆锥)。然后仍从耦合波的观点出发,研究了若干其他问题,如铁氧体柱对波的反射、柱的几何不规则性对法拉第旋转的影响。本文的分析说明,耦合波理论特别适用于复杂的包含有铁氧体的电磁场问题,这些问题如果用研究铁氧体时经常利用的正规方法来分析很难求得解决。     

基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体

基于超材料的电磁谐振特性, 设计、制作了一种极化无关的宽带低雷达散射截面 (radar cross section, RCS)超材料吸波体. 通过场分布和反演法分析了其吸波机理, 利用波导法和空间波法测试了其吸波率和RCS特性. 理论分析表明: 在平面波的作用下, 该吸波体对某一吸波频率在不同的位置分别提供电谐振和磁谐振, 对不同的吸波频率, 利用不同的介质层提供主要的能量损耗, 从而有效减弱了电磁耦合, 保证了宽频带的强吸收特性. 实验结果表明: 设计的三层结构吸波体吸波率达90%以上的带宽是单层结构的4.25倍, RCS减缩10 dB以上的带宽为5.1%, 其单元尺寸为0.17λ, 厚度仅为0.015λ. 该吸波体的低RCS特性还具有极化无关、宽入射角的特点, 且通过改变吸波体的夹层结构可以实现工作带宽的灵活调节. 关键词： 超材料吸波体 雷达散射截面 宽带 电磁谐振     

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.     

均匀磁化等离子体与雷达波相互作用的数值分析

采用平板几何对不同磁场强度下等离子体对电磁波的吸收、反射和透射特性进行了数值分析.结果表明,不同磁场可以显著改变等离子体对不同频率的雷达波的吸收和反射特性.当雷达波频率接近等离子体高混杂频率时,磁化等离子体将对该波产生强的共振吸收,带宽在2GHz左右,吸收比可达90%以上.因此,通过适当调整磁场强度、等离子体密度和碰撞频率,可实现较宽雷达波段的等离子体隐身 关键词： 电磁波 磁化等离子体 共振吸收 等离子体隐身     

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.     

磁光平面波导的单向传播特性

表面磁等离子体(surfacemagnetoplasmons,SMPs)是一种在电介质和偏置磁场作用下磁光材料界面处传播的近场电磁波.其独特的非互易传播特性引起了大量科研工作的关注,但在具体的波导结构设计上仍存在很多问题.本文研究了一种银-硅-磁光材料的3层平面波导结构,SMPs在磁光材料和硅的界面处传播,发现在特定的频率范围内,SMPs的基模及高阶模式均具有正向或反向的单向传播特性.分别计算了旋磁与旋电材料平面波导的色散方程,研究了硅层厚度与外加磁场对能带结构及SMPs单向传播区域的影响,发现无论是旋磁或旋电材料的结构,硅层厚度的增加使高阶模式使高阶模式出现在更低的频率位置,使单向传输带宽变小甚至消失,外加磁场的变大使磁光材料的能带结构频率增大的同时带隙中也引入了高阶模式.计算了2种磁光材料平面波导的正向和反向的单向传播带宽宽度,发现旋磁材料YIG的单向SMPs模式出现在GHz波段,最大单向带宽可达到2.45 GHz;旋电材料InSb的单向SMPs模式出现在THz波段,最大单向带宽达到3.9 THz.     

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.     

外加磁场微波等离子体喷流对平面电磁波衰减的实验研究

采用空间透射波测量方法,实验研究透波密闭石英玻璃容器内等离子体喷流对垂直和水平极化电磁波的衰减,在有和无外加磁场条件下分析实验参数对等离子吸波效应的影响,分析等离子体的吸波机理.实验结果表明在非磁和本实验条件下,平面电磁波在等离子体中的衰减机理为碰撞吸收;在有磁和本实验条件下,平面电磁波在磁等离子体中的衰减机理同样为碰撞吸收,但是外加磁场的存在有限地改善了等离子体的吸波效应.为了使磁等离子体最有效地吸收电磁波,应该提高磁场感应强度,把高频混杂频率提高到测试微波频率范围内,或降低微波测试频率至本实验中的高混 关键词： 等离子体相互作用 电磁波 电磁波在等离子体中的传输     

准全向平板超材料吸波体的设计

本文设计了一种具有准全向吸波特性的平板超材料吸波体,其准全向吸波特性是由超材料吸波单元的双面吸波、极化不敏感和宽入射角实现的.理论分析和仿真结果表明:该吸波体在6.18 GHz的确有一个双面吸波的吸收点,且吸收率对极化角和入射角均不敏感.提取的等效阻抗表明可以调节超材料的电磁响应使其在吸收频率处与自由空间阻抗匹配来抑制反射.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体对电磁波的吸收主要源于基板的介质损耗;采用两种不同介质基板的设计可使前吸波体与后吸波体的耦合度明显降低、抑制耦合所导致的传输.该吸波体可能在许多领域具有 关键词： 准全向吸波 双面吸波 极化不敏感 宽入射角     

磁光Bragg衍射中的相位失配分析

给出了任意倾斜偏置磁场作用下相位失配时微波静磁波与导波光的磁光耦合方程，分析了相位失配对导波光衍射效率及其衍射方向的影响.计算了YIG薄膜波导中静磁反向体波与导波光非共线作用的Bragg衍射效率, 传统磁化时计算结果与实验结果一致.计算表明，与传统磁化情形相比，适当的偏斜磁场可使导波光衍射效率提高6dB以上；当导波光入射角保持不变时，由磁场方向改变引起的相位失配对衍射效率的影响不大.因此，优化偏置磁场方向是改善磁光Bragg器件衍射性能、提高磁光带宽的有效方法. 关键词： 磁光效应 Bragg衍射 静磁波     

有源器件混合集成的超薄超宽带可调雷达吸波体

结构型雷达吸波材料不仅可以有效吸收雷达波,还能同时承受载荷,在雷达隐身领域具有重要应用.基于超表面的结构型雷达吸波材料可以实现对雷达波近乎"完美"的吸收,且具有结构轻薄的特点,但其限制在于吸波带宽通常较窄,针对该问题,提出一种拓宽超表面吸波体工作带宽的新方法.该方法利用可重构的思想,通过在超表面中混合集成变容二极管和开关二极管,将吸波频率的连续可调与离散搬移有机结合,以此展宽吸波体的有效吸波带宽.基于该方法,设计了一款超宽带可调超表面吸波体,并深人分析了其吸波机理,通过开关二极管和变容二极管工作状态的调节与配合,在4.57—8.51 GHz内实现了高效可调吸波.实测结果验证了该吸波体的低雷达散射截面特性,证实了设计方法的有效性.所提出的宽带可调设计方法简单可行,还可以拓展应用到其他类型的宽带微波器件设计.     

宽带透射吸收极化无关超材料吸波体

提出了一种新的基于磁性吸波体材料的具有低频透射和高频宽带吸收特性的超材料吸波体.该超材料吸波体在1 GHz的透射系数为-0.5 dB,具有较好的低频透射特性,可以实现对低频信号的相互通信;在频率大于8.4 GHz的频段,吸收率均大于80%,基本覆盖整个X波段和Ku波段,实现高频宽带吸收.此外,由于该超材料吸波体的单元金属周期结构具有较好的四重旋转对称性,因而是极化无关的.该透射吸收超材料吸波体设计简单,实用性强,具有较强的潜在应用价值.     

一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面

通常频率选择表面雷达罩借助其几何外形, 将带外信号反射到远离来波的方向, 从而实现隐身. 然而随着多基雷达反隐身技术的发展, 这种反射信号仍然可以被侦测到. 针对这一难题, 提出一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面. 该频率选择表面在低频工作带通内, 不仅对大入射角和不同极化电磁波具有稳定的带通特性, 而且在高频带外对电磁波表现出吸收特性, 可以将探测信号吸收掉, 从而大大降低被反隐身多基雷达探测的风险. 另外, 由于吸波材料的作用, 使得频率选择表面的栅瓣也得到了很好的压制, 降低了栅瓣对频率选择表面工作频带的干扰.     

圆环单元FSS对吸波材料特性的影响研究

设计了圆环单元频率选择表面(FSS),利用谱域法对包含有圆环单元FSS的吸波材料进行了仿真研究.结果发现圆环单元FSS极大拓展了吸波材料带宽,降低了共振频率的反射率;并且吸波材料带宽随单元半径增加而增大,共振频率向低频漂移,为FSS在吸波材料中应用提供理论依据. 关键词： 频率选择表面 雷达吸波材料 带宽 谱域法     

一种宽频带超材料吸波体的设计及其特性

为了获得吸收率高、吸波带宽宽的超材料,设计了一种谐振超材料吸波体.该吸波体由多个开口圆环组成,采用商业软件CST Studio Suite 2009频域求解器计算了其在25～35 GHz波段内的S参量,并计算了其吸波率A(ω),在28.4 GHz处吸收率达到86％,带宽达到3.5 GHz.利用不同吸波频段的叠加效应,设计了一种谐振超材料吸波组合体,计算了在25～35 GHz波段的S参量,在29.7 GHz处吸波率达99.9％,吸波带宽达到3.1 GHz,吸收率明显增加.将GHz波段的结构缩小1 000倍,在THz波段同样可以达到高吸收,说明超材料吸波体可以通过对结构尺寸调节改变吸收波段.同时,对其阵列进行仿真计算,发现不同的排列方式仿真结果不同.由于各个谐振环之间的相互作用对吸收效果影响较大,吸收率减小.该吸波材料由金属组成,能灵活地对介电常量和磁导率进行调节,从而实现高吸收.