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基于人工电磁材料的频率选择表面及吸波体的设计研究

郭骁然  
【摘要】:现在,人工电磁材料已经成为电磁领域里最重要的研究方向之一。人工电磁材料是通过对物理尺寸远小于波长的周期性的微结构进行设计,从而获得一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。随着研究的不断深入,学者们提出了越来越多的理论与应用结果,比如复合左右手传输线、隐身斗篷、光子晶体和智能天线等等。近些年,学者们将越来越多的注意力集中在电磁波经过人工电磁材料传播特性的研究上来,并以此来设计频率选择表面和吸波体。 本篇论文根据人工电磁材料相关理论设计出新型频率选择表面和吸波体结构,并得到了理想的结果,主要研究内容及创新点如下: 1.提出了一种新型频率选择表面结构,不仅具有双频带带阻特性,而且每一个阻带都具有相当宽的带宽。这种特殊的性能是根据和利用风车贴片结构来设计,风车贴片结构是一种较为特别的迭代自相似的分形结构,我们将这种结构作为一个单元,周期性的排列在介质板上组成频率选择表面。本文给出了该设计的仿真和实验结果,以此证明该设计具有理想的性能。 2.研究一种新型的同心环状的频率选择表面,分析五边形环状的频率选择表面结构,这种结构是非中心对称结构,但是这个设计也可以达到多频带具有稳定频率响应特性的效果。 3.通过使用闭合五边形环,设计三种不同的方法和结构来获得具有三频带、宽角度入射特性的电磁超介质吸波体。这个吸波体是由周期性阵列的闭合五边形环单元、单层或多层超薄电介质板和金属地板组成。通过参数化的仿真和优化,这个电磁超介质吸波体具有明显的三频带特性,而且在垂直入射的情况下,吸波率均高于99%。在宽角度入射的情况下,根据仿真和实验结果说明此设计具有非常优秀的特性,并且仿真结果与实验结果相一致。这种闭合五边形环的设计,可以非常灵活的来设计和制造多频带、宽角度和超薄结构的电磁超介质吸波体。


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