基于柔软磁性材料和LC谐振电路的吸波体及其软件自动化设计方法

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吸波材料,是指能吸收或者大幅减弱辐射到它表面的电磁波能量,从而减少电磁波干扰的一类材料。吸波材料主要通过材料的电磁损耗来吸收入射电磁波的能量,发展至今已有许多种类型,其中超材料型吸波体和磁性吸波材料都是近年来的热门研究课题。超材料吸波体特有的表面金属谐振结构可以视作一个LC谐振电路,通过电路的谐振和损耗可以实现对电磁波的吸收,而磁性材料则是通过磁损耗来吸收入射电磁波的能量。本文结合磁性材料和超材料吸波体不同的吸波原理,设计了一种基于磁性材料和LC谐振电路的磁性超材料吸波体,该吸波体同时呈现两种吸波机理的作用效果,可以对一定频率范围内的电磁波进行双频段吸波。通过调整LC电路的谐振频率,能够达到双频宽带的吸波效果。在磁性超材料吸波体的设计过程中,文章首先通过仿真软件,初步实现了吸波体的双频率吸收峰的效果;然后,提出了一种基于遗传算法的自动优化仿真的方法。该方法以CST仿真软件和MATLAB软件为基础实现双软件联合自动仿真,通过遗传算法来计算使吸波体在双频吸波效果下带宽达到最大时的表面金属谐振结构参数,也就是最佳LC电路的谐振频率。最终得到最佳设计结果。基于上述设计和方法,本文最终设计和优化了以柔软橡胶磁性材料作为介质板,表面谐振结构分别为“井”字形和环形的两种磁性超材料吸波体。以“井”字形表面结构的吸波体为例,优化结果表明其在厚度分别为1.8mm,2.0mm,2.2mm和2.4mm时,吸波体反射系数小于-10dB的频率带宽分别可以达到5-11GHz,4.5-10GHz,4-9.5GHz,3.5-9GHz,该带宽都远远大于相同厚度下的单纯磁性吸波材料的吸波带宽,从而实现了设计目的。最后,通过分析该吸波体双频吸波成因和等效电路分析,本文进一步验证了这种磁性超材料吸波体的双频宽带吸波原理,从而为深入开展磁性超材料吸波结构的研究打下了基础。
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