低频超介质吸波体设计与研究

作     者：王成文 

作者单位：华中师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨河林

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：超介质 吸波体 石墨 集总电阻 

摘      要：超介质独特的亚波长单元结构和灵活的设计方式,使其具有传统介质所不具备的超常电磁特性,其理论和应用研究受到普遍关注。针对传统低频吸波材料厚度较厚、吸收率不高和吸收频带宽有限等问题,超介质为低频吸波体研究提供了一个新的方向,其理论和应用研究具有重要意义。本文首先介绍了超介质的基本概念和基本理论公式,并对吸波体发展和应用进行了简要概括;简述了分析超介质吸波机理的等效介质理论、阻抗匹配理论、表面电流分析和不同介质层的多次反射理论,并对实验环节做了简单描述。论文重点开展了低频吸波体的研究,提出了一款FR4介质板加载开孔石墨片的多层超介质低频吸波体,实现了在0.60 GHz-0.89 GHz的宽频吸收,吸收率达到90%以上,并在较宽的入射角下保持较高的吸收率。同时,利用磁场能量分布分析了吸波机理,对仿真结果和理论计算结果进行对比分析,并讨论了加载与不加载开孔石墨、集总电阻阻值大小、石墨的厚度以及空气层厚度对吸波体特性的影响。论文利用集总元件设计了一款工作在0.84 GHz-1.64 GHz的宽带、极化不敏感的开缝金属贴片加载电阻的多层超介质吸波体,吸收率在90%以上的吸收带宽约为0.80 GHz。理论计算结果、实验结果与仿真结果基本吻合。分析了实验与仿真的误差主要来源于模型制作误差、仿真计算中介质参数与实际材料参数之间的误差以及低频段测试环境影响导致的误差。论文利用阻抗匹配理论、表面电流和磁能分布的方法分析了其吸波机理并详细讨论了加载电阻的大小和空气层厚度对吸收率的影响。论文所设计的低频吸波体在目标电磁隐身、电磁兼容、电磁屏蔽与防护等领域有一定的应用价值。