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Koch分形结构活性碳纤维电路屏复合材料的研制及其吸波性能研究

夏少旭  
【摘要】:本文将分形结构引入吸波材料的多频和强吸收结构设计中,设计了Koch分形贴片频率选择表面(FSS)和Koch分形缝隙FSS,并以此为吸波体,玻璃纤维布为阻抗匹配层,环氧树脂为基体制备了活性碳纤维(ACF)电路屏吸波复合材料。系统研究了两种类型的FSS对复合材料吸波性能的影响因素,初步探究了复合材料最低反射衰减(RL)与FSS中碳纤维毡面积比(AR)的关系,研究了复合材料在不同AR条件下的微波吸收机理。主要研究内容及结论如下:1.设计了Koch分形贴片FSS,制备了Koch分形贴片结构碳纤维电路屏复合材料。研究了迭代次数n,初始边长L和排布间距d对吸波性能的影响,研究结果表明:(1)迭代次数n和初始边长L对复合材料的RL具有重要影响。低频区域,随着n和L的增大,复合材料的RL先增大然后减小;而高频区域的RL单调增大。随间距d增加,低频区域的RL逐渐减小,且在两个极化条件下均表现出了较好的频率选择性,垂直极化为8.5GHz,水平极化为8.2GHz;(2)复合材料表现出了有规律的多频吸收特点。多频的相邻频率差在0.7-0.9GHz之间,而峰频比约为1.0,这与其结构的自相似和迭代次生结构的尺寸有关。2.设计了Koch分形缝隙FSS,制备了Koch分形缝隙结构碳纤维电路屏复合材料,研究了迭代次数n,初始边长L和排布间距d对吸波性能的影响,研究结果表明:(1)低频吸收频段内,吸收峰的RL随着L,n的增大而降低;而高频区域则RL单调升高。随着排布间距d的增加,吸收峰的共振频率向高频方向迁移,在间距d一定时,低频吸收峰表现出了较好的选择性吸收,无论是水平极化还是垂直极化,吸收峰的峰频均在6-9GHz频段内。(2)复合材料在两个极化条件下均体现除了强吸收的特点,样品较Koch贴片结构FSS吸收强度得到了提升,特别是垂直极化条件下,复合材料最低反射衰减RL=-62.8d B。3.两种类型的复合材料在低频(6-9GHz)和高频区域(16-18GHz)出现了双峰吸收特点。对于Koch贴片FSS复合材料,随着面积比(AR)的增大,低频区域,吸波机理从散射效应逐渐转变为介电损耗;而高频区域则从散射损耗转变为多重反射和涡流损耗。对于Koch缝隙FSS复合材料,随着面积比(AR)的增大,吸波机理主要是介电损耗,而高频吸收区域,吸收机理主要由涡流损耗主导。两种类型的Koch分形结构FSS分别体现出了分形结构的多频特性和强吸收特性,探究了AR与吸收峰吸波机理的关系,为多频强吸收隐身材料的开发提供了理论基础。


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