基于磁/电介质混合型基体的宽带超材料吸波体的设计与制备

本文设计了一种基于磁/电介质混合型基体的宽带超材料吸波体, 吸波体基本单元由电阻膜、磁/电介质混合型基体以及金属背板组成. 采用时域有限差分法对超材料吸波体吸波性能进行了仿真, 使用遗传算法优化了反射率小于-10 dB的带宽. 仿真结果表明, 当超材料吸波体厚度为2.5 mm时, 在7.8–18 GHz频率范围内的反射率小于-10 dB, 具有厚度薄、宽带、极化不敏感等优点. 通过等效电路模型对其工作机理进行了分析与讨论. 最后制备样品进行测试, 测试结果与仿真结果一致.     

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     

基于电阻型频率选择表面的低频宽带超材料吸波体的设计

基于电阻型频率选择表面(Resistance Frequency Selective Surface, RFSS) 设计了一种低频宽带、 极化不敏感和宽入射角特性的超材料吸波体. 该吸波体的基本单元由开槽十字型平面超材料(Cave Cross Planar Metamaterial, CCPM)、 RFSS、 电介质基板和金属背板组成. 采用FDTD方法数值模拟得到的结果表明: 相比于单纯的CCPM吸波体、 RFSS吸波体, CCPM和RFSS复合结构吸波体低频吸收特性得到极大改善, 在整个1-5 GHz频率范围内, 吸收率大于80%, 吸收峰值达到98%以上. 数值模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该复合结构吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.     

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。     

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     

含有源频率选择表面可调复合吸波体

基于传输线等效理论,设计了含有源频率选择表面(active frequency selective surface,AFSS)的三层可调复合吸波体,第一层是表面层,为AFSS衬底;中间层是AFSS层,由频率选择表面(frequency selective surface,FSS)和PIN二极管阵列构成;第三层是介质层.反射率测量结果表明,通过调节PIN二极管阵列偏置电压可以动态调节吸波体反射特性,在偏置电压为5 V时,可获得最佳吸波性能,在5—15 GHz和5.3—13 GHz频段分别可获得-8 dB和- 关键词： 频率选择表面 复合吸波材料 反射率 PIN二极管     

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     

一种基于超材料的吸波材料的设计与制备

设计了一种基于超材料的吸波材料,吸波材料由周期性排列的电阻片,基体以及金属背底构成. 采用时域有限差分法(FDTD)计算了吸波材料的反射率,并用遗传算法优化了吸波材料的吸波带宽,得到一种反射率在8-18 GHz小于-10 dB的吸波材料,材料厚度仅为3 mm. 采用手糊工艺制备了空心石英纤维增强环氧树脂基体,丝网印刷制备了电阻片,实现了所设计的吸波材料,测试表明,实验结果和设计结果一致. 关键词： 雷达吸波材料 超材料 频率选择表面 遗传算法     

抗方阻波动的超宽带轻薄频率选择表面吸波体

满足宽带、极化和入射角度稳定、轻薄和强吸收等高性能要求的电阻膜频率选择表面(FSS)吸波体设计难度大,且易因加工中方阻波动导致吸波性能变化.为此,本文首先分析了方阻波动影响电阻膜FSS吸波体性能的机理,提出抗方阻波动的FSS吸波体设计方法.在此基础上,提出利用不同层FSS阻抗随频率变化互补的扩展带宽方法,结合弯折小型化设计,获得了超宽带、极化和角度稳定的轻薄型抗方阻波动FSS吸波体.该FSS吸波体在TE和TM极化下,90%吸波带宽为1.50—20.50 GHz (相对带宽173%),厚度仅为0.093λ_L.TE极化波80%吸波的角度稳定性可达45°,而TM极化波90%吸波的角度稳定性可达70°.当每层FSS方阻在12—30Ω/sq范围内波动时,吸波体的90%吸波带宽仍保持在167.0%.实验测试结果与仿真结果基本吻合,证明了所提方法的有效性.     

工字形太赫兹超材料吸波体的传感特性研究

利用超材料吸波体对材料参数的电磁响应, 可将其应用于传感. 本文设计了一种工字形单元结构的超材料吸波体, 基于频域算法对其在太赫兹频段的传感特性进行数值模拟, 研究了待测样品折射率、厚度及电介质隔层厚度对超材料吸波体传感器的频率灵敏度、振幅灵敏度及品质因数的影响. 研究结果表明:当待测样品厚度为40 μm时, 折射率频率灵敏度可达到153.17 GHz/RIU, 折射率振幅灵敏度可达到41.37%/RIU; 待测样品折射率一定时, 厚度频率灵敏度随其厚度的增大而线性减小; 随着待测样品厚度的增加, RFOM呈增大趋势, 但增大幅度在逐渐减小; TFOM随待测样品厚度的增加而减小.     

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.     

基于高阻抗表面的多频带Salisbury屏设计

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能, 本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性, 替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法. 通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布, 说明可以通过共用Salisbury屏的损耗层, 在高阻抗表面同相反射的特征频率附近引入新的吸收带. 以不同尺寸方形周期结构的单频和双频高阻抗表面为例, 从仿真和实验两个方面验证了多频带Salisbury屏设计的可行性, 且实验和仿真结果十分符合. 结果表明, 多频带Salisbury屏基本保留了原有的吸波性能, 同时又引入了新的吸收峰, 吸收峰的位置和数量与高阻抗表面同相反射的频带位置和数目有关. 与传统的Salisbury屏相比, 在材料增加厚度不足1 mm 的情况下, 多频带Salisbury屏的设计使反射率小于-10 dB的吸波带宽由8.5 GHz增加到10.1 GHz, 且实现了向长波方向的拓展, 最低频率由7.5 GHz拓展到5.98 GHz.     

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     

对电磁波极化不敏感超材料吸波体的研究

设计了一个在微波频段对极化不敏感的超材料吸波体。该超材料微观单元由4个互相垂直的电谐振环和短导线构成,这种结构克服了Landy提出的结构对电磁波极化敏感的缺点,对垂直极化和水平极化电磁波都有很好的吸收效果。采用数值仿真方法,在12-180Hz波段提取了这种超材料的S参数,计算了其吸波率。单层超材料吸波体在14GHz处达到吸波峰,吸波率达57．4％;多层组合吸波体在150Hz处吸波率峰值达到87．6％。     

Design and realization of a magnetic-type absorber with a broadened operating frequency band

In this paper, we present an efficient method to obtain absorbers with broadened operating frequency bands. They are accomplished by using conventional magnetic absorbing materials (MAMs) in the forms of array and mesh structures, which are similar to those in the case of a frequency selective surface. The proposed approach is verified not only by simulations but also by experimental results under the normal incidence at microwave frequencies. Moreover, the wideband absorber is lighter than the conventional magnetic absorber. These results indicate that our proposed absorbing structures can be used for designing good electromagnetic absorbers.     

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.     

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