基于周期电阻表面结构的宽带吸波材料优化设计

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电磁探测技术的日新月异使得目前对电磁隐身技术的要求不断提高,传统电磁隐身材料由于其厚度、重量、吸波带宽以及吸波强度的约束,已难以满足现阶段对电磁波吸收的要求。各种改进型、复合型的电磁隐身材料正逐渐成为国际上的研究热点。利用已有电磁隐身材料设计经验,在其设计基础上进行创新改进,获取性能更加良好的电磁隐身材料,在国防、民用技术上都有极大的应用前景。本文的主要工作是针对经典的结构型电磁吸波材料—Jauman吸收体进行改进设计。Jauman吸收体在吸波带宽上具有良好的拓展性,随着结构层数的增加,其带宽也可以随之展宽,但其总体厚度的增加限制了其应用。本文利用不同形状的周期性电阻表面替代传统Jauman吸收体中的电阻层,并利用遗传算法对其进行整体优化设计,拓展了该新型吸波材料的带宽,大幅降低了其总体厚度。论文的主要内容和贡献包括:1.对Jauman吸收体进行了理论分析和设计。Jauman吸收体作为经典的结构性吸波材料,在电磁隐身材料设计技术中具有重要的理论价值,对其进行分析、设计并验证是全文工作的理论基础。2.利用遗传算法对吸波材料进行优化。本文利用等效传输线模型对吸波材料进行分析,建立模型之后利用全局性算法——遗传算法对其进行优化,获得了良好的函数解。遗传算法作为全局性的算法,具有诸多优点,本文利用其获得了满意的设计结果。3.使用周期性电阻表面替代传统Jauman吸收体中的电阻层,在吸收带宽和材料总厚度方面获得了较大改进。首先对由周期性电阻型patch阵列组成的频率选择表面(FSS)进行了分析研究,获得了该单元结构的周期性电阻表面在新型吸波材料中的等效电路参数。然后,利用其电容特性,进一步设计了两层结构的新型吸波材料,使其实现声带吸波(在4~20GHz频率范围内其反射系数小于-10dB),而其总厚度接近理论极限厚度。最后,通过全波仿真验证了该设计的正确性。4.分析了方环结构单元的电容、电感特性,设计了单层结构的周期性电阻表面吸波屏,能实现5~17GHz频率范围内-10dB的稳定吸波,而其厚度可控制在5mm之内,全波仿真验证了该设计的正确性。
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