頻率選擇表面寬帶吸波體的參數(shù)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、頻率選擇表面（FSS）吸波體作為一種重要的新型結(jié)構(gòu)型吸波材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法對(duì)于推動(dòng)FSS寬帶吸波體的發(fā)展具有重要意義。本文研究了FSS吸波體的吸波機(jī)理及其模型的參數(shù)化方法，討論了FSS寬帶吸波體的性能評(píng)價(jià)方法、分析方法及其優(yōu)化框架。通過建立合理的參數(shù)化模型，使用合適的評(píng)價(jià)與分析方法，針對(duì)單元圖案、結(jié)構(gòu)排布等不同的側(cè)重點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了多種FSS寬帶吸波體。論文主要研究工作如下：
　　從諧振、阻抗匹配等角度討

2、論了FSS吸波體的吸波原理，以傳輸線模型為基礎(chǔ)定性分析了影響FSS吸波體諧振與阻抗匹配狀態(tài)的各種要素，以此為基礎(chǔ)提出FSS吸波體的模型參數(shù)化方法。FSS的單元圖案尺寸、器件以及結(jié)構(gòu)等均可以使用此方法參數(shù)化。
　　根據(jù)FSS寬帶吸波體的性能特點(diǎn)，討論并提出了能夠有效評(píng)價(jià)其寬帶吸收性能的評(píng)價(jià)方法，以評(píng)價(jià)函數(shù)為基礎(chǔ)提出了FSS寬帶吸波體的二維解空間描述方法?；贔SS寬帶吸波體的參數(shù)化模型，有針對(duì)性地梳理與改進(jìn)遺傳算法在FSS優(yōu)化中的應(yīng)

3、用。最后以設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、分析、優(yōu)化等為基礎(chǔ)構(gòu)建FSS寬帶吸波體的智能優(yōu)化框架。
　　研究與設(shè)計(jì)了一種4–8 GHz開關(guān)切換式FSS寬帶吸波體。側(cè)重圖案參數(shù)，對(duì)開關(guān)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。以雙開口環(huán)耦合圖案為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)具有雙諧振特性的可調(diào)單元結(jié)構(gòu)。提出多態(tài)聯(lián)合評(píng)價(jià)遺傳算法（PUE-GA）對(duì)其開關(guān)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)化。最終實(shí)現(xiàn)了OFF狀態(tài)-10 dB吸收、ON狀態(tài)全反射的開關(guān)切換式FSS寬帶吸波體。
　　研究與設(shè)計(jì)了一種1–5 GHz超

4、寬帶連續(xù)可調(diào)式FSS寬帶吸波體。側(cè)重圖案參數(shù)，對(duì)連續(xù)可調(diào)吸波性能進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。以一種簡(jiǎn)單諧振單元為基礎(chǔ)，優(yōu)化與設(shè)計(jì)具有多諧振特性的單元圖案，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)提出具有漸變邊緣的多諧振單元圖案。通過設(shè)計(jì)合理的可調(diào)器件加載和激勵(lì)方式，賦予FSS吸波體雙可調(diào)自由度，從而充分發(fā)揮出漸變邊緣圖案的多諧振特性。最終實(shí)現(xiàn)了1–5 GHz范圍-10 dB寬帶可調(diào)吸波性能。
　　研究與設(shè)計(jì)了一種具有極化無關(guān)性能的1–8 GHz超寬帶連續(xù)可調(diào)式 FS

5、S吸波體。側(cè)重圖案參數(shù)與結(jié)構(gòu)層厚度，對(duì)連續(xù)可調(diào)吸波性能進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化?；跐u變邊緣圖案的設(shè)計(jì)思路，在保持可調(diào)性以及吸波性能的同時(shí)，通過簡(jiǎn)化、改進(jìn)得到具有極化無關(guān)特性的基礎(chǔ)圖案。使用PUE-GA進(jìn)行性能優(yōu)化后，結(jié)合可調(diào)器件激勵(lì)方法，最終在1–8 GHz超寬帶范圍實(shí)現(xiàn)了極化無關(guān)性能與-10 dB吸收性能。
　　研究與設(shè)計(jì)了一種具有極化無關(guān)性能的1–8 GHz超寬帶多層結(jié)構(gòu)無源FSS寬帶吸波體。側(cè)重圖案參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)不可調(diào)寬帶吸波性

6、能進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。通過放開兩層圖案加載層與電介質(zhì)基底層的排列形式，搜索更適于1–8 GHz超寬帶吸波的構(gòu)型。使用“設(shè)計(jì)–全局優(yōu)化–分析–局部?jī)?yōu)化”的優(yōu)化框架，對(duì)多層結(jié)構(gòu) FSS寬帶吸波體的性能進(jìn)行優(yōu)化。最終得到在1–8 GHz具有-10 dB吸收性能和極化無關(guān)性能的多層結(jié)構(gòu)無源FSS寬帶吸波體。
　　本文的研究說明，所提出的模型參數(shù)化方法以及設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、分析和優(yōu)化方法能用于有源和無源FSS寬帶吸波體的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。所得到的多種FSS