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《华中科技大学》 2013年
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频率选择表面吸波特性的直接图解法分析与优化设计

徐欣欣  
【摘要】:电磁性能可调的有耗频率选择表面电磁吸波结构是宽频微波吸波结构候选体系,已成为微波吸收结构研究热点之一,备受关注。本文提出适用于宽频吸波结构体系分析与优化的直接图解法。应用直接图解法来研究Salisbury屏和Jaumann吸收体的电磁响应特性和吸波机制。并建立了典型单谐振点频率选择表面图形单层与双层吸波结构的理想阻抗匹配模型,用于指导宽频吸波结构设计。进一步,采用直接图解法研究了基于有源频率选择表面的智能吸波结构的吸波特性,来指导智能吸波结构优化设计和分析。 采用Smith圆图和等效电路直接图解法分析了Salisbury屏的工作原理,同时考察了Salisbury屏各结构参数对吸波带宽的影响。研究结果表明,Salisbury屏的设计厚度可以通过介质板的介电常数来调整。当介质板的介电常数增大时可以相应减小Salisbury屏的设计厚度,但是伴随吸收峰变窄,带宽变小 采用Smith圆图和等效电路直接图解法优化设计了Jaumann吸收体,同时考察了Jaumann吸收体各结构参数对吸波带宽的影响。研究结果表明,通过合理添加Jaumann吸波体的层数,可以使吸波体导纳曲线更加集中,从而获得更宽带的吸波效果。10mm厚度的Jaumann吸收体在4-16GHz范围内反射率低于-8dB,其吸波性能明显优于同厚度的Salisbury屏。 设计了由方环和圆环单谐振点频率选择表面图形构成的单层宽带吸波体。借助Smith圆图和等效电路直接图解法发现其阻抗匹配遵循以下规律:当接地介质板电纳的零点中心频率与频率选择表面图形的谐振点相接近;频率选择表面图形的谐振点电导在合理范围之间;端点频率电纳与接地介质板电纳相接近时,可以通过接地介质板和频率选择表面图形的电纳部分相互抵消来得到宽频吸波效果。5mm厚的单层吸波体反射率低于-8db的频带为4GHz~18GHz,远远大于相同厚度下的Salisbury屏,优化Jaumann屏和商用非磁性单层结构吸波体。 对于由方环和圆环单谐振点频率选择表面图形构成的双层宽带吸波体来说,其阻抗匹配应当遵循以下规律:当接地介质板电纳的零点中心频率与两组频率选择表面图形的谐振点相接近;上、下层频率选择表面图形谐振点电导控制在合理范围之间;上层介质隔离板能够旋转合适的角度到达上层频率选择表面导纳曲线附近半圆并与其匹配最终到达Smith圆图的中心位置时,可以得到宽频吸波效果。10mm厚双层吸波体从3.3GHz频点开始可以获得低于-8dB的吸波带宽,远远大于相同厚度下的Salisbury屏,优化Jaumann屏和商用非磁性双层结构吸波体。 研究表明,智能吸波结构可以通过有源频率选择表面的加载来实现。利用这个特点,在组合型频率选择表面中集成PIN二极管形成阵列,通过改变激励PIN二极管的偏置电压,即可以实现吸波体反射特性的动态改变。借助等效电路直接图解法的优化设计,通过改变有源频率选择表面的等效参数,进一步调节吸波体阻抗匹配状况,实现了在2-18GHz频段宽频可调的智能吸波结构。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM25

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