频率选择超材料是一种将金属超结构振子在介质基板上进行周期性阵列所形成的人工调制表面结构,这种超材料具有带内透射率高、带外截止能力强、宽入射角范围内频率特性好等优异电磁性能,这些性能使其在改善天线性能上有着巨大的应用潜力和发展空间。但由于这些金属超结构振子的存在,使罩体具有一定的金属属性,导致其雷电附着特性不同于常规天线罩,常规雷电屏蔽方式对其失效,其雷电危害更为突出。论文分析了超材料天线罩雷电防护的特殊性,确定了超材料天线罩雷电防护研究思路,设计了用于模拟雷电电压的1OOkV冲击电压试验系统,试验研究了超材料沿面放电和蒙皮击穿特性,仿真分析了超材料电场分布情况,探讨了蒙皮表面电荷对超材料流注击穿过程的影响。论文的主要内容有:(1)介绍了雷电对飞机的影响,从常规雷电防护方法失效、放电路径的变化这两方面,对超材料天线罩与普通天线罩进行了对比,分析了超材料天线罩雷电防护的特殊性,给出了解决超材料天线罩雷电防护问题的研究思路,并根据超材料沿面放电试验和流注击穿试验的需求,研制了 1OOkV雷电冲击电压试验系统。(2)开展了超材料沿面放电试验。研究了超材料沿面放电形貌特征,测量双电极在超材料表面不同相对位置下的放电电压,分析了双电极最短距离、双电极偏离角对沿面放电特性的影响。结果表明,超材料表面放电通道呈折线状,由两类放电路径组成,第一类路径与超结构周期方向平行,第二类路径与超结构周期方向夹角45°。进一步分析发现,超材料沿面放电的主通道发生在沿绝缘间隙总长度最短的路径上。随着双电极最短距离的增加,放电电压呈线性增加趋势。随着双电极连线偏离角的增大,沿面放电电压先增后减,当偏离角为0°或45°时,放电电压较低,当偏离角为22.5°时,放电电压较高。(3)开展了超材料蒙皮击穿试验。从放电形貌、击穿电压和电荷沉积三个方面,对比研究了两种超材料的放电特性,分析了两种超材料的电场分布情况。结果表明,谐振环型超材料的击穿电压最高,细丝状放电较暗且较少,靠近接地位置的细丝状放电较多;耶路撒冷型超材料的击穿电压最低,细丝状放电较亮且较多。进一步分析发现,细丝状放电导致带电粒子积累到蒙皮表面形成表面电荷,表面电荷密度达上百μC/m2,在蒙皮内部产生与外加电场同向的电场,数值达几十kV/cm,显著提高了蒙皮内部电场强度,蒙皮在外加电场和表面电荷的双重作用下发生击穿。