面電阻型寬頻超材料吸波器的研究.pdf

1、左手超材料由于其具有奇異物理性質(zhì)如負(fù)折射效應(yīng)、反常多普勒效應(yīng)、反常古斯-漢斯位移和反常切倫科夫輻射等引起了廣泛的關(guān)注。近年來，左手超材料在吸收器領(lǐng)域的應(yīng)用也成為研究的熱點問題。本文基于超材料的設(shè)計思想，提出了一種基于電阻膜的超材料吸收器，探究了其吸波機理以及各參數(shù)對吸收性能的影響，設(shè)計了三種工作在不同波段的吸收器并制備了樣品，在微波暗室分別測試了它們的吸收性能。最后探究了超材料吸收器的雷達散射截面縮減性能。論文主要涉及以下幾個方面：

2、r>　　1.設(shè)計了一種基于電阻膜的樹枝狀超材料寬帶吸收器，它是由樹枝狀超材料結(jié)構(gòu)的氧化銦錫（ITO）導(dǎo)電膜、泡沫介質(zhì)層、金屬薄板組合而成。基于等效電路模型分析了電磁波被吸收的機理，數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)該吸收器表面阻抗能在很寬的帶寬內(nèi)與空氣阻抗近似相等，進而實現(xiàn)寬頻吸收。
　　2.探究了樹枝大小、面電阻、介質(zhì)介電常數(shù)、厚度對吸收器吸收性能的影響。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，大樹枝對應(yīng)低頻吸收，小樹枝對應(yīng)高頻吸收；面電阻在幾十歐每方至幾百歐每方才能與空

3、氣阻抗很好的匹配；基于電阻膜的吸收器中間介質(zhì)基板介電常數(shù)越接近空氣，其吸收性能越好，吸收帶寬越寬，選用了PMI泡沫，其具有高力學(xué)性能，低介電常數(shù)，輕質(zhì)等優(yōu)點；隨著厚度增加，吸收帶寬逐漸轉(zhuǎn)向低頻窄帶吸收。等效電路中等效電容C值影響著電路諧振，只有當(dāng)電阻膜結(jié)構(gòu)和金屬背板之間形成的等效電容需要達到一個最佳值，電路諧振才能達到最強，吸收帶寬最大。
　　3.仿真得到工作在X和Ku波段吸收器吸收率超過80％的頻率范圍為8GHz—27.9GHz

4、。實驗測試其樣品反射曲線與模擬吻合的非常好，在8-17GHz實現(xiàn)了80%吸收，相對帶寬達到了72%。且對斜入射下60°內(nèi)吸收性能幾乎不變，通過實驗測試對比了不同厚度下的吸收器性能。對大樹枝厚的吸收器和小樹枝薄的吸收器進行大量仿真對比發(fā)現(xiàn)，大樹枝、厚的介質(zhì)基板對應(yīng)低頻吸收；小樹枝、薄的介質(zhì)基板對應(yīng)高頻吸收。由此我們增加厚度的同時增大樹枝單元尺寸設(shè)計出了C波段吸收器和S波段吸收器，其厚度都為10mm。仿真表明C波段吸收器高于90%的吸收帶寬

5、為2.8-8.5GHz覆蓋了整個C波段，S波段吸收器高于80%的吸收帶寬為2.0-6.0GHz，覆蓋整個S波段。設(shè)計組合C波段和S波段吸收器厚度為10mm，模擬結(jié)果表明高于80%的吸收帶寬為2.3GHz-8.7GHz近似覆蓋了S波段和整個C波段，實驗測試其高于80%的吸收帶寬為4GHz-8GHz和12GHz-14GHz。同時設(shè)計了組合X和Ku波段吸收器、C波段吸收器和S波段吸收器，模擬該吸收器在5mm時的吸收結(jié)果大于80%的吸收帶寬為6

6、.2GHz-18GHz，實驗測試結(jié)果高于80%的吸收帶寬為4GHz-17GHz。
　　4.模擬探究了超材料吸收器對目標(biāo)雷達散射截面的縮減性能，仿真對比了超材料吸收器和相同大小的金屬板發(fā)現(xiàn)無論是掃頻雷達散射截面還是不同頻點E面或H面雷達散射截面，三種超材料吸收器在對應(yīng)的吸收頻段內(nèi)對目標(biāo)雷達散射截面都有明顯縮減。最后實驗測試了X和Ku波段吸收器的相對雷達散射截面，實驗證實了在30°以內(nèi)吸收率反射都明顯低于相同大小的銅板反射。從實驗上表