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新型超带宽透明吸波体设计及其机理研究

新型超带宽透明吸波体设计及其机理研究

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作者：江浩电子科技大学

学位级别：硕士

在现代军事技术领域,超材料吸收体正向着多功能化趋势发展,为了能够满足应用在隐身战机、军用舰船的座舱、指挥舱等方面的发展需求,吸波体在满足“厚度薄、重量轻、吸收频带宽、吸收强度大”的综合性能要求的同时,还需要具备较好在可见... 详细信息

在现代军事技术领域,超材料吸收体正向着多功能化趋势发展,为了能够满足应用在隐身战机、军用舰船的座舱、指挥舱等方面的发展需求,吸波体在满足“厚度薄、重量轻、吸收频带宽、吸收强度大”的综合性能要求的同时,还需要具备较好在可见光频谱的透过性。更进一步地,研究发现透明吸波体的宽带吸收性能与高角度入射稳定性能存在一定的制约。随着入射角的增大,吸波体与自由空间失配程度逐渐加剧,从而引起了吸收强度减弱、吸收带宽变窄等问题。本文研究重心是解决平面宽带透明吸波体的角度稳定性不够、共形吸波体的角度稳定性研究不足等问题,具体工作如下:首先,提出了一种基于方形螺旋单元的具有高角度稳定性的宽带透明吸波体。该吸波体依次由聚氯乙烯（Polyvinyl chloride,PVC）块制备的补偿层,由氧化铟锌（indium tin oxide,ITO）导电膜刻蚀而成阻抗层,PVC与衬底聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate,PET）块组合而成的基板层和底部由连续ITO膜制备的地板层四部分组成。为了获得宽带与高角度稳定性,利用补偿层解决了吸波体在高角度入射时与自由空间存在的失配问题,利用紧凑的方形螺旋单元拓展了吸波体在高角度入射时的吸收带宽。其次,针对现有柱面共形吸波体的角度稳定性研究不足的问题,设计了共形模型并进行加工以及实测。结果表明,该吸波体在包括不同曲率弯曲的共形状态下具有良好的透光性（平均透光率为69.4%）、宽带吸收性能（相对带宽大于或等于85.7%）和极高的入射角度稳定性（60°）。此外,还利用小型化设计实现了一种基于波浪螺旋单元的吸波体,实现60°的角度稳定性的同时拓展了吸收带宽。其次,为了更进一步拓展吸收带宽,提出了一种基于六边形组合单元的宽带高角度稳定的平面透明吸波体。该吸波体主要由双层透明聚4-甲基戊烯-1（Methyl pentene copolymer,TPX）板和双层ITO导电膜制备而成的夹心结构。首先,为了在高角度入射时实现宽带吸收,利用双馈偶极子谐振器原理,通过设计一种新颖的由中心连接线和六边形螺旋单元交织而成的“蛛网状”阻抗层结构调控反射响应。其次,为了实现吸波体的宽带与高角度稳定性的兼容性设计,利用低介电常数的TPX板用作最佳的基板层与补偿层。实验结果表明,该吸波体展现了良好的透光性（平均透光率为70.7%）,超宽带吸收性能（相对带宽超过106.6%）和高角度稳定性（60°）。此外,其吸收带宽随着入射角的增大而逐渐增大,在60°入射时,其相对带宽达到124.6%。最后,为了将透明吸波体的应用进一步地扩展到例如飞机驾驶舱等非平面结构中,提出了一种球面共形宽带透明吸波体。该吸波体是由双层具有PET衬底的ITO膜夹空气基板层的单层吸波体。该吸波体在平面状态下的良好的透光性（平均透光率为68.7%）,40°的角度稳定性与宽带吸收特性（相对带宽超过109.8%）都通过实验得到了验证。特别地,针对球面共形吸波体吸收性能的研究尚未见诸报道等问题,在中心弯曲角为45°的球面共形状态下进行了实验测试。结果表明,该吸波体的相对吸收带宽达到96.8%。总之,本文通过设计新颖的紧耦合阻抗层结构和选择合适的补偿层实现了吸波体的宽带吸收和高角稳定的兼容设计。所提出的多种吸收体展现出了宽频带吸收、高角度稳定性、交叉极化反射抑制性以及对各种角度入射时的极化不敏感性等重要特征,这使得其能够广泛应用于柔性材料、光学和雷达吸波领域。

关键词：超材料吸波体透明超宽带高角度稳定性共形

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一种正交扳手形低剖面宽带高吸收率吸波器设计

一种正交扳手形低剖面宽带高吸收率吸波器设计

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2023年全国天线年会

作者：张喆荀姜文杨立铖洪涛西安电子科技大学

本文设计了一种低剖面的宽频带吸波器,研究了其吸波效率和角度稳定性。通过引入超单元的概念,利用不同结构的优势弥补彼此的缺陷。本文的吸波器超单元由一对侧边断裂的正交扳手及其旋转单元经多种组合得到,单元厚度为0.09λ,实现了低剖... 详细信息

本文设计了一种低剖面的宽频带吸波器,研究了其吸波效率和角度稳定性。通过引入超单元的概念,利用不同结构的优势弥补彼此的缺陷。本文的吸波器超单元由一对侧边断裂的正交扳手及其旋转单元经多种组合得到,单元厚度为0.09λ,实现了低剖面。本文还对电磁波入射角度对吸波器的影响进行了讨论,仿真结果表明,所设计的四旋转超单元在4.28 GHz～16.59 GHz的频段内,吸波效率高于80%,相对带宽为118.0%,其中在5.07GHz～14.79 GHz的频带范围内,吸波效率高于90%。其中在7 GHz～12 GHz的频带范围内,吸波效率达到了98%以上,最高可达99.35%;二旋转超单元在3.96 GHz～16.39 GHz的频段内,吸波效率高于80%,相对带宽为122.1%,其中在4.46 GHz～14.54 GHz的频带范围内,吸波效率高于90%。其中在9 GHz～12 GHz的频带范围内,吸波效率达到了98%以上,最高可达99.17%。两种吸波器在0°～60°斜入射TE波照射下,表现出了良好的角度稳定性。

关键词：吸波器宽频带低剖面高角度稳定性高吸波率

来源： cnki会议评论

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宽带透波的吸透一体频率选择表面设计

宽带透波的吸透一体频率选择表面设计

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2020年全国微波毫米波会议

作者：郭敏桑迪贾学卿陈强付云起国防科技大学电子科学学院

本文首先基于等效电路模型,推导出周期结构在不同传输系数（|S21|）下的阻抗圆图和高透过率（|S21|≤1d B）阻抗条件。然后基于高透过率阻抗条件,设计了一款宽带透波的吸透一体频率选择表面（Frequency Selective Rasorber,FSR）。该FS... 详细信息

本文首先基于等效电路模型,推导出周期结构在不同传输系数（|S21|）下的阻抗圆图和高透过率（|S21|≤1d B）阻抗条件。然后基于高透过率阻抗条件,设计了一款宽带透波的吸透一体频率选择表面（Frequency Selective Rasorber,FSR）。该FSR由阻抗表面层和带通频率选择表面（Frequency selective surface,FSS）层组成。上层阻抗表面的中心引入四臂方螺旋结构,该结构可以产生一个阻抗极点,并在宽带范围内阻抗特性满足周期结构的高透过率阻抗条件;同时,下层FSS也具有为与阻抗表面相匹配的宽带透波特性。全波仿真结果显示:本文提出的FSR结构,高透波率透波带为:8.94GHz-12.48GHz,相对带宽33.1%;吸波率≧90%的频带为:3.88-7.63GHz。对比已发表的宽带透波FSR,本文提出的FSR结构具有以下优势:最宽的透波带宽、每个单元中集总电阻的数量最少、最稳定的斜入射性能。最后,为了验证设计的准确性,对该结构进行了加工和测试。测试结果和仿真结果吻合良好,证明了设计的有效性和正确性。

关键词：吸透一体频率选择表面宽透波带低插损高角度稳定性 RCS减缩四臂方螺旋结构

来源： cnki会议评论

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