【摘 要】
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超材料作为一种亚波长尺度的人工周期性复合材料,具备自然界材料无法实现的超常物理特性。通过对超材料基本结构单元的设计,实现对电磁场中场分量进行独立构造,可为吸波材料设计和电磁特性调控带来更多自由度。随着雷达隐身应用环境的复杂化,斜入射超材料吸波设计成为热点问题。本文主要工作内容如下:1.计算自由空间波阻抗,探索不同极化方式的波阻抗随入射角度的变化规律。通过推导不同极化波的布儒斯特角,探究了不同极化波
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超材料作为一种亚波长尺度的人工周期性复合材料,具备自然界材料无法实现的超常物理特性。通过对超材料基本结构单元的设计,实现对电磁场中场分量进行独立构造,可为吸波材料设计和电磁特性调控带来更多自由度。随着雷达隐身应用环境的复杂化,斜入射超材料吸波设计成为热点问题。本文主要工作内容如下:1.计算自由空间波阻抗,探索不同极化方式的波阻抗随入射角度的变化规律。通过推导不同极化波的布儒斯特角,探究了不同极化波实现斜入射大角度吸收的电磁参数条件。通过磁谐振经典方环超材料结构设计进一步优化整体电磁参数,实现大角度吸收。通过实验测试,在2-4 GHz频段,设计结构实现了入射角0°-60°角度范围内90%高效吸波。2.根据电磁学中完美匹配层的概念,设计了针对特定角度和特定频点的吸波结构。通过双层方环超材料结构的各向异性匹配层结构实现切向和纵向场分量控制,调控匹配层的切向和法向介电常数和磁导率,进一步计算特定角度完美匹配的电磁参数,建立匹配层的基本理论模型;基于表面电流分布探讨超材料结构的调控机制从而讨论了重要影响参数对反射率的影响。通过结构参数优化,在5-8 GHz频段,实现了优化结构在入射角0°-70°的大角度范围内90%的高效吸波性能。3.利用超材料结构改善材料整体的电磁参数,从而实现了大角度吸收性能。通过斜入射S参数反演的方法,反演不同角度下的电磁参数并计算对应的阻抗和反射率。分析了不同角度下两种极化的电磁参数变化,复合材料在大角度下吸波性能的下降是由阻抗的大幅失配所导致,据此提出了可实现大角度吸收对应电磁参数的材料的设计需求。本文聚焦于对斜入射大角度吸收的理论分析,探究在斜入射中实现大角度吸收需满足的电磁参数,在雷达隐身中有重要意义。
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