【摘 要】
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微波吸收体是指能够有效吸收电磁波的一类材料或结构。它可以将电磁能量通过某些物理作用转化为热能,从而减小电磁波在入射面的反射,在民用领域和国防领域均发挥着至关重要的作用:一方面,吸收体可以消除电子设备之间的相互干扰,实现电磁屏蔽;另一方面,吸收体可以吸收雷达的探测信号,降低目标的雷达截面积,达到电磁隐身的目的。随着雷达探测技术的快速发展,为了满足高效率、智能化的电磁隐身需求,功能多样化正在成为现代微
【基金项目】
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国家自然科学基金; 国家重点研发计划; 江苏省自然科学基金; 广东省重大科技专项; 广东省珠江人才引进创新创业团队项目
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微波吸收体是指能够有效吸收电磁波的一类材料或结构。它可以将电磁能量通过某些物理作用转化为热能,从而减小电磁波在入射面的反射,在民用领域和国防领域均发挥着至关重要的作用:一方面,吸收体可以消除电子设备之间的相互干扰,实现电磁屏蔽;另一方面,吸收体可以吸收雷达的探测信号,降低目标的雷达截面积,达到电磁隐身的目的。随着雷达探测技术的快速发展,为了满足高效率、智能化的电磁隐身需求,功能多样化正在成为现代微波吸收体的发展趋势。因此,探索新型的吸收体结构,研究具备特殊物理特性或功能的微波吸收体,具有非常高的学术价值和应用价值。针对传统吸收体功能单一的问题,本论文从天线隐身和飞行器隐身的应用需求出发,分别基于印刷电路板工艺和纸基复合材料工艺,针对具有频率选择功能的电路模拟吸收体和结构功能一体化的纸基吸波蜂窝开展了深入研究。论文的主体内容可以概括如下:1.基于多模谐振的双通带频率选择吸收体:研究极化不敏感的带通型频率选择吸收体,提出多通带频率选择吸收体的设计方法。(a)基于等效电路和阻抗匹配分析,提出多通带频率选择吸收体的设计方法;(b)基于容性表面的低剖面技术,采用加载缝隙谐振器的方法,提出宽带低剖面的频率选择吸收体;(c)基于宽带的带通谐振器,提出通带展宽的频率选择吸收体;(d)通过构建多模谐振的周期结构,提出具有双传输通带的频率选择吸收体。2.高选择性和功能可切换的频率选择吸收体:分别研究具有高选择性通带和阻带的频率选择吸收体;在此基础上,通过加载开关二极管和偏置电路,提出功能可切换的吸收体。(a)基于二阶的带通谐振或带阻谐振,提出高选择性频率选择吸收体的设计方法,并通过相关的结构设计对方法进行验证;(b)通过开关的接通与断开,改变无耗层的谐振特性,提出阻带/通带可切换的吸收体;(c)通过开关的接通与断开,调控带通谐振的频率,提出吸收带/通带可切换的吸收体。3.面向飞行器隐身应用的纸基吸波材料:针对飞行器隐身对吸波材料轻质、高承载的要求,采用将吸收剂(碳纤维)加载到蜂窝框架的方法,提出一种新型吸波蜂窝技术。相比传统的方法,所提出的吸波蜂窝避免了额外的吸收涂层,实现了结构功能一体化。(a)提出加载碳纤维的新型纸基复合材料,通过分析其导电性能和介电性能,对纸张的吸收机理进行了研究;(b)提出具有吸收和承载双重功能的宽带吸波蜂窝,结合等效介质分析和电磁仿真的方法,分析蜂窝的电磁性能和吸收性能;(c)提出吸波蜂窝电磁参数的逆向分析方法。可根据吸收带宽和吸收效率的需求,估算蜂窝框架(纸基材料)的介电常数取值范围,以辅助选取吸收剂的参数和比例。4.基于电磁周期结构的四维纸基吸波蜂窝:通过在蜂窝内壁加载电磁周期结构,提出四维蜂窝技术。相比传统的吸波蜂窝,四维蜂窝可利用周期结构的谐振效应,进一步改善其吸收性能或电磁特性。(a)通过加载尖劈形电阻周期结构,改善与自由空间的阻抗匹配,提出超宽带的吸波蜂窝结构;(b)通过在蜂窝内壁加载开口谐振环,利用谐振环对电磁波极化方式的调控作用,提出具有极化扭转功能的蜂窝结构;(c)通过加载双开口环结构,在固定频率处引入磁谐振,提出等效磁导率可设计的纸基蜂窝。
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