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电调谐雷达吸波材料研究

陈宇方  
【摘要】:受限于厚度和电磁参数等因素,拓宽隐身材料吸波带宽是目前研究的难题。智能吸波材料可以根据探测雷达的工作频率对吸收频段进行调谐,从而实现宽频隐身。电调谐吸波材料因其吸收峰可调谐性能成为智能吸波材料研究的热点。本文就电调谐吸波材料的吸波性能和调谐能力进行了实验探索,研究了电调谐吸波材料吸波及调谐机理,建立了电调谐吸波材料仿真计算模型并制备相关材料进行验证。 本文设计了电阻可变的正方形电阻片阵列构成的吸波材料,通过建模仿真发现,该吸波材料可以通过改变单元电阻实现对吸收峰的调谐。通过测试PIN二极管的电压-电流曲线,研究电阻随偏置电流变化的变化规律,制备出含PIN二极管阵列的吸波材料,经反射率测试得出:在2GHz~8GHz频段,吸收峰随电流的增大(电阻的减小)向低频移动。在此基础上,本文讨论了阵列周期尺寸的变化对吸波性能的影响,周期尺寸越小,在10GHz~14GHz频段,吸波材料的吸波性能和可调谐性能越强。 本文研究了金属单元形状对吸波性能的影响,设计并制备出不同形状的金属单元电调谐吸波材料。当金属单元为长方形时,随着单元宽度的增大,吸收峰带宽逐渐降低,但调谐带宽增大,在8GHz~15GHz频段吸波性能随之增强;单元长度的增大使吸收峰向低频方向移动,吸收峰带宽减小,吸收频段调谐移动能力增强。当金属单元为蝶形时,电调谐吸波材料的吸收峰峰宽明显大于长方形单元的峰宽。 不同馈线布置方式对吸波性能也存在一定影响。当采用感性方式布线和背面布线方式时,反射率曲线存在固有谐振频率点,在该频点处反射率不随偏置电流的变化发生调谐。探索结果表明吸波材料采用容性的布线方式可具有较好的调谐带宽。通过改变电调谐吸波材料的馈线间距发现,馈线间距的增大使AFSS层容抗降低,吸收峰带宽增加。 介质基体特性对吸波性能的影响同样不可忽略。实验制备了具有不同厚度及介电常数的基体的电调谐吸波材料,经反射率测试发现,基体厚度增加、介电常数实部增大均能使吸收峰增强,同时促进吸收峰向低频移动。 最后建立了基于PIN二极管阵列的电调谐吸波材料仿真计算模型,对比了仿真计算结果与实验结果。结果表明论文建立的仿真计算模型能够准确反映吸收峰的调谐规律。根据仿真计算模型优化设计得到了在2.85GHz~17GHz吸收强度为-8dB的电调谐吸波材料,并按优化设计结果制备了电调谐吸波材料。


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