电阻加载人工电磁吸波结构研究

论文摘要

人工电磁材料是一种由亚波长单元在三维空间按一定规则排列而得的复合材料或结构。通过适当设计,其可具备自然界材料不存在的电磁特性,如使电磁波产生异常折射、异常反射等奇异现象。人工电磁表面是人工电磁材料的二维形式,其体积、重量等物理参数较小,且较容易设计和制备。电磁波吸收体可将入射电磁波能量吸收并转化为其它形式,从而使电磁观测设备无法探测之。这种特性使它们在军事上具有雷达隐身等重要应用。基于人工电磁表面的电磁波吸收结构相比于使用吸收材料的电磁波吸收体而言有单元结构由人为设计、吸波性能可人为改变等优点。目前人工电磁表面电磁波吸收体具备亚波长的厚度,同时具有宽带吸波性能,具有广阔的应用前景。本文主要开展了利用集总电阻元件加载的人工电磁表面设计电磁波吸收结构的研究工作。我们通过一定的理论指导,设计人工电磁表面单元结构,针对不同应用场景,使之在宽频带或特定频率（窄频带）上产生吸波效果。本文具体工作如下:1、我们设计了三种工作在6 GHz-18 GHz的宽带电阻加载人工电磁表面电磁波吸收体,包括两种基于磁谐振方法和一种基于电路模拟法设计的吸收体。对基于磁谐振的吸收体,我们设计了针对单极化和双极化入射的结构,并以仿真分析和实验测量共同验证了其性能。实验测量得到单极化吸收体的相对带宽达到95.7%,双极化吸收体的相对带宽达到86.8%,且二者对横磁（TM）模式大角度斜入射性能稳定。对于基于电路模拟法设计的针对双极化的吸收体,我们亦通过仿真分析验证了其吸波性能,相对吸波带宽达100.8%,且对TM模式大角度斜入射性能稳定。其中还特别介绍了加工过程中实际电阻形态和焊接工艺可能引入的、会对吸收体性能产生重要影响的问题。2、对基于人工电磁表面的窄带电磁波吸收体,我们从单元极化率角度介绍了它们的设计和工作原理,并据此设计了一种基于印刷电路板工艺的电阻加载电磁吸收体,用于吸收2.4 GHz频段处WiFi信号。我们首先设计了一种具有各向异性的单元结构,再将这些结构按一定规律排列,使设计而得的整体结构在相当宽的频带内可形成无反射透射,但在2.4 GHz附近具有良好的吸波性能。我们通过仿真分析和优化设计得到最终样品结构,并且通过样品制备和实验测量验证了该样品的性能。仿真分析和实验结果均表明该吸收体在电磁波大角度入射时吸收性能较稳定。该吸收体可用标准印刷电路板工艺制造,容易批量化生产。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 人工电磁材料概论
•   1.2 人工电磁表面概论
•   1.3 人工电磁吸收体概论
•     1.3.1 电磁吸收体的原理
•     1.3.2 电磁吸收体的实现途径及现状
•   1.4 本文的内容及安排
•   1.5 参考文献
• 2 宽带人工电磁表面吸收体研究
•   2.1 宽带人工电磁表面吸收体的理论基础
•     2.1.1 三谐振法
•     2.1.2 容性表面法
•     2.1.3 宽带人工电磁表面吸收体中加载电阻的作用
•   2.2 单极化宽带人工电磁表面吸收体
•     2.2.1 单极化宽带人工电磁表面吸收体的设计及仿真分析
•     2.2.2 单极化宽带人工电磁表面吸收体的样品制备及实验分析
•   2.3 双极化宽带人工电磁表面吸收体
•     2.3.1 双极化宽带人工电磁表面吸收体的设计及仿真分析
•     2.3.2 双极化宽带人工电磁表面吸收体的样品制备及实验分析
•   2.4 表面容性增强的双极化宽带人工电磁表面吸收体
•     2.4.1 表面容性增强的双极化宽带人工电磁表面的设计及仿真分析
•     2.4.2 表面容性增强的双极化宽带人工电磁表面的样品制备及实验分析
•   2.5 本章小结
•   2.6 参考文献
• 3 窄带吸波、宽带透波的吸收体研究
•   3.1 窄带吸波、宽带透波的吸收体原理
•   3.2 基于PCB板工艺的窄带吸波、宽带透波的吸收体
•     3.2.1 基于PCB板工艺的窄带吸波、宽带透波的吸收体的单元结构
•     3.2.2 基于PCB工艺的窄带吸波、宽带透波的吸收体的仿真分析
•     3.2.3 基于PCB板工艺的窄带吸波、宽带透波的吸收体的实验测量
•   3.3 本章小结
•   3.4 参考文献
• 4 总结与展望
• 攻读硕士学位期间发表的文章
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王文俊

导师: 冯一军

关键词: 人工电磁材料,人工电磁表面,电阻加载,宽带吸收体,电路模拟吸收体,窄带吸收体

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 南京大学

分类号: O441.4;TB34

总页数: 78

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