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《电子科技大学》 2020年
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超薄超宽带吸波结构设计与实现

顾巍巍  
【摘要】:吸波结构在军事、民用领域的运用日益发展成熟,如隐身战斗机、微波暗室等等。然而随着研发的深入,传统的吸波结构无法满足频带、厚度、重量等高指标的工程需求。超表面技术在Rozanov极限的限制下极大降低了吸波结构的厚度,而Non-Foster器件加载在吸波结构上突破了传统吸波材料Rozanov极限的限制,拓宽了吸波结构的频带,降低了吸波结构的厚度。本文将深入研究Non-Foster器件的电路特性、超表面技术以及电磁波全波仿真方法,设计并实现一种超薄超宽带吸波结构—超宽带超薄Non-Foster器件加载磁性材料的吸波材料。本论文主要的研究工作及创新贡献如下:1.基于等效电路模型方法,利用Non-Foster器件的负阻抗特性,在传统吸波材料上加载Non-Foster器件调节整体吸波结构的阻抗匹配并设计一种Non-Foster器件加载的吸波材料,厚度为50 mm,在0.13 GHz至1.3 GHz频段内吸波率大于90%。2.基于超表面技术中频率选择表面的类空间滤波器特性,在磁性吸波材料上加载频率选择表面单元调节整体吸波结构的阻抗匹配并设计一种基于频率选择表面的宽带磁性吸波材料,厚度为6.84 mm,在1.7 GHz至18 GHz频段内吸波率大于90%。3.改进联合仿真方法,采用联合迭代仿真方法,保证HFSS仿真平台与ADS仿真平台联合仿真过程中可以同时调节电磁模型结构参数与电路结构元件参数,提高仿真优化速度。针对所设计的宽带吸波结构的测试频带要求和测试样品尺寸的要求,改进平行板波导测试平台,使其满足0.1 GHz至1.2 GHz与1.2 GHz至10GHz的两个测试频带要求。4.基于Non-Foster器件的负阻抗特性以及超表面技术,在已加载频率选择表面的磁性吸波材料上加载Non-Foster器件并采用联合迭代仿真方法,设计一种超薄超宽带吸波结构,厚度为9.098 mm,在0.3 GHz至1.2 GHz频段以及2 GHz至18 GHz频段内吸波率大于80%,在1.2 GHz至2 GHz频段内吸波率大于70%。本论文所研究和设计的超薄超宽带吸波结构在保持较小厚度的同时拓宽了宽带吸波结构的吸波带宽,可运用于隐身和电磁兼容技术中,其应用价值显著。
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