论文部分内容阅读
频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)由于其空间滤波特性而在许多民防通信系统中起着重要作用。在许多应用中,非常希望电磁超表面只在所需的频段内发送信号,带外信号被吸收掉。而传统无源透波隐身一体化材料由于剖面过厚、不可调等问题,因此应用范围受到限制。本文拟通过将有源电路、有源元件(开关二极管、变容二极管)等有源元件引入电磁超材料中,以突破传统无源电磁结构的性能极限。本文以有源电磁材料为研究课题,重点研究了基于开关二极管和变容二极管实现的透波宽带可调吸收器、基于电调谐和机械调谐的窄带透波吸收器、基于非福斯特电路(Non-Foster Circuit,NFC)的低频透波隐身一体化材料,主要研究内容分为三部分。第一、提出了实现可调频选的一种新方法。利用金属带线实现结构电感和结构电容,为实现电可调节和电可切换的功能,通过将开关二极管和变容二极管引入结构电容中,其中开关二极管使结构电容产生突变,变容二极管微调结构电容,两个可调档位可以扩展带通频选的相对可调带宽(本文达到87.3%)。此外,利用液晶的介电常数电可调特性也可实现可调频选,将液晶夹在两块频率选择表面中间,周围并用金属柱包围形成共面波导结构,将正负电极分别加在上下两层金属上,通过调节电压的大小便可以改变液晶的介电常数,从而可以在12.18GHz~13.86GHz频率范围实现透波点的连续可调。然后设计了损耗层,并联合第一款可调频选进行了联合仿真,实现低透高吸的功能,且透波点可以调节。第二、先提出并设计了一款机械可调节的带通频选,通过调整金属片的倾斜角度实现透波点的偏移;随后利用开关二极管和变容二极管设计了相应工作频段内的可调谐损耗层以实现带内电磁波通过和带外电磁波吸收功能。最终实现的材料可以在3.94GHz~4.52GHz范围内连续变化,插损最大为0.49d B,最小只有0.1d B。-1.5d B相对传输带宽达到了22.5%,且材料在30°入射角内具有较好的稳定性。第三、首先基于非福斯特电路的负阻抗特性,研究低频段有源透波隐身一体化材料的薄化理论与方法;然后建立包含三维电磁计算和电路仿真的有源透波隐身一体化材料,研究材料的吸透波性能及优化理论与方法;还研究了非福斯特电路的稳定性问题,这是该低频吸透材料稳定工作的基础。仿真结果显示,材料在270MHz~1.17GHz范围内吸收率大于80%,透波点1.32GHz处的插损为0.26d B。