透明吸波体综述北大核心CSCD

吸波体是一种带有损耗特性的周期结构,能够吸收电磁波,将电磁能转化为热能,降低反射的电磁波能量。随着应用场景的特殊化,吸波体朝着特殊领域、特定功能、更具针对性的方向发展。由于各类含有光学窗口的应用环境对抗电磁干扰需求的不断提高,吸波体光学透明化成为研究的重点方向。为了对透明吸波体的发展状况有系统的认识,文章以制造材料为脉络梳理了近年来可见光透明吸波体的研究现状,包括氧化铟锡(ITO)、金属网栅、石墨烯等,综述了以它们为材料制备的透明吸波体优缺点以及发展趋势,最后对透明吸波体的未来发展进行了展望。     

一种高增益低雷达散射截面的新型圆极化微带天线设计

设计了一种基于人工电磁材料覆层的高增益低雷达散射截面(radar cross section, RCS)圆极化微带天线. 人工电磁材料覆层是由介质板及其两侧的人工周期表面构成, 上表面是加载集总电阻的方环贴片, 具有宽带吸波特性; 下表面是开条带缝和圆环缝的金属贴片, 具有部分反射特性. 将其加载到圆极化微带天线上方, 通过覆层上表面的电阻可吸收入射的雷达波, 结合下表面与接地板构成Fabry-Perot谐振腔的多次反射, 可实现圆极化微带天线辐射和散射性能的同时改善. 实测结果表明: 加载人工电磁材料覆层后, 天线的相对轴比带宽由5.9%扩展为7.1%; 天线增益在整个工作频带内都得到了提升, 最大提高了6.61 dB; 天线RCS在宽频带宽角域内实现了明显的减缩, 在天线工作频带内也实现了3 dB以上减缩. 实测结果与仿真结果符合较好.     

基于超表面的低雷达散射截面宽频贴片阵列天线设计

该文设计了一种基于超表面(MS)的低雷达散射截面(RCS)宽频贴片阵列天线。该天线由工作在不同频段的两种开缝贴片天线组成2×4的八元阵,以此实现天线小型化并扩展其带宽,根据相位相消原理,将两种人工磁导体(AMC)以棋盘布阵的方式组成超表面加载到天线阵周围,使其具有低RCS特性。实测和仿真结果表明:加载超表面后,天线工作带宽由5.7~6.2 GHz扩展为5.6~6.6 GHz,相对带宽增大1倍,辐射特性基本保持不变;当平面波垂直入射时,天线单站RCS减缩效果明显,其中,X极化波下3 dB减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 dB,Y极化波下3 dB减缩带宽为5.8~6.9 GHz。     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

共享孔径人工电磁媒质设计及其在高增益低雷达散射截面天线中的应用

提出了一种具有部分反射特性和吸波特性的共享孔径人工电磁媒质(shared aperture metamaterial, SA-MTM).该媒质由上层斜十字金属图案加载集总电阻的吸波表面、下层开条带缝隙金属面的部分反射表面以及中间介质层构成, 吸波表面和部分反射表面在垂直维度上共享了一个物理孔径使该媒质同时实现了吸波特性和部分反射特性.将SA-MTM与天线一体化设计, 利用SA-MTM的部分反射表面和天线表面构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔提升天线的增益, 利用SA-MTM的吸波表面吸收入射电磁波实现低雷达散射截面(radar section cross, RCS)天线的设计.仿真和实验结果表明, SA-MTM 的加载使天线的前向增益在5.57–5.94 GHz 的工作带宽范围内都提升了3 dB以上, 且天线的后向RCS在2–9 GHz范围内都有明显的减缩.该研究成果克服了天线辐射性能和散射性能无法兼顾的矛盾, 对高增益低RCS天线的设计具有重要的指导意义.     

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.     

基于裂纹模板法的金属网格透明导电薄膜制备及性能改进

基于裂纹模板法制备了一种高屏蔽性能的金属网格透明导电薄膜.采用现有裂纹模板法制备得到的金属网格透明导电薄膜,其金属网格厚度较薄,屏蔽性能有待改进.本文在研究了裂纹材料的旋涂转速对龟裂图案的影响关系分布曲线中,增加了缝隙深度因子,选取了合适的裂纹材料和旋涂方案,制备得到理想的随机图案分布的裂纹模板.通过磁控溅射法在裂纹模板缝隙内外沉积厚度为1μm的金属层,引入了超声波清洗结合有机溶剂的方法,高效去除裂纹胶模板后,得到了金属网格透明导电薄膜样品.实测的金属网格透明导电薄膜样品透光率超过85%,同时方阻值保持在2.8Ω/左右,具有良好的透光和电磁屏蔽性能.通过制备加厚金属网格透明导电薄膜改进了屏蔽性能,为后续基于裂纹模板法制备高屏蔽性能金属网格透明导电薄膜提供了参考.     

Design of multi-band metasurface antenna array with low RCS performance

In this paper, a multi-band metasurface(MS) antenna array with low radar cross section(RCS) performance is proposed and measured. Firstly, a 44 antenna array is composed of four 22 Jerusalem cross structure antenna arrays working at different frequency bands, which is aimed at enhancing the bandwidth effectively. Then, each antenna can be seen as a unit of MS in spite of adding the feeding structure. Based on phase cancellation principle, the MS is arranged into a chessboard configuration in order to realize wideband RCS reduction. Thus, excellent radiation and scattering characteristics are obtained simultaneously. Simulated and measured results indicate that this work provides a novel method to achieve bandwidth expansion as well as wideband RCS reduction of the antenna array.     

基于FSS 的双频高增益微带天线

设计并制作了一种基于双屏FSS(Frequency Selective Surface)部分反射表面的双频高增益微带天线。该FSS 结构是在介质板上下表面分别刻蚀两条方环形金属带,通过调节金属带的宽度,实现频比(Frequency Ratio,FR)达到2 的双频谐振,且在5. 12 ~5. 31GHz 和10. 08 ~10.84GHz 频带内反射相位曲线斜率为正(一般的为负),反射系数模值都在0. 86 和0. 82 以上。将FSS 以覆层的形式放置于双频微带天线上方,相当于增加了双频天线的辐射口径面积,有效改善天线的辐射性能。仿真和实测结果表明:与原始双频微带天线相比,加载双频FSS 覆层后,新天线的增益得到了提高,在5.22GHz 和10. 43GHz 处,天线鼻锥方向增益分别提高了4. 8dB 和5. 1dB。     

一种温控VO2射频开关及其特性研究

文中提出了一种温控二氧化钒(Vanadium Dioxide, VO₂)射频开关,在共面波导传输线上验证了其温度控制的开关特性。采用直流磁控溅射工艺在蓝宝石基底上形成70 nm厚的VO₂薄膜,并将其切成可独立控制的VO₂单元。将VO₂单元镶嵌在共面波导传输线中,通过改变外加温度来控制VO₂开关的电阻率,使其在高阻态和低阻态间切换,从而实现传输线的状态在“导通”和“关断”间切换。对由这种VO₂射频开关构成的器件进行了仿真设计和实验测试,仿真和测试结果吻合较好。温控VO₂开关具有低温截止射频信号、高温导通射频信号的特性,为可调微波器件的实现提供了新思路。