频率选择表面吸波体的研究与设计

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuzhenguo_09
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无线局域网的电磁信息泄露问题引发了学者们越来越多的关注。当电磁泄露信息包含机密文件时,会严重危害无线网络的信息安全性能。频率选择表面吸波体结构在吸收电磁能量辐射方面展示了较大的优势,能够实现对泄露的电磁信号强度削减,从而降低外界对泄露信号的获取和破译能力。由于在吸收频段的信号反射率处于较低水平,装备该吸波体不会对内部正常使用造成干扰。此外该结构在无线局域网的两个频段之间设计一个通带,该通带为新晋的5G通信频段,令使用者具备与外界正常通信的能力。频率选择表面吸波体设计相较于其他形式的吸波体功能上更为丰富,能够在指定频段设计出所需要的通带,但是在通带设计上要格外注意其极化与角度稳定性。本文针对这一问题,在分析总结频率选择表面吸波体吸波原理和设计方法的基础上,结合小型化以提高角度稳定性的思想,设计了传输特性更加优良的2.5D频率选择表面吸波体结构。另外针对通带扩展需求,设计了一种新型双通带频率选择表面吸波体结构。本文的主要工作如下:针对频率选择表面吸波体设计过程中的空气层厚度问题,根据转移、散射矩阵的变换关系,结合两吸收带阻值一致,给出了理想条件下2.4GHz和5.2GHz同时吸波时的空气层厚度与电阻值变化范围。得出了该厚度由两吸收带决定且与通带无关的结论。基于弯折技术对十字环状结构弯折,设计了通带谐振频率在3.5GHz左右,剖面厚度为0.170?,结构大小0.304?的吸波体结构。仿真结果表明该结构在3.57GHz处的透波率达到96.34%,在频率点2.4GHz和5.2GHz处,吸波率分别为88.6%和86.7%;极化与角度稳定性方面在入射角30度时,TE和TM波均能够保持80%以上吸波率的工作性能。在该结构的基础上进行了2.5D金属过孔结构拓扑,实际单元结构从25.6mm缩减到了14.4mm,仅为0.170?。3.55GHz处的透波率达到98.12%,2.4GHz和5.2GHz处的吸波率分别为86.53%和89.38%。极化和角度稳定性方面仍在30度时,保持80%以上吸波率,该结构在通带性能方面其透波率得到显著提升,透波率始终保持在95%以上。通过角度稳定性分析,找到了吸波性能变化的原因,对后续设计起到了一定的指导作用。设计了一种基于谐振环的频率选择表面吸波体结构,结构大小0.291?。在3.5GHz处的透波率达到峰值93%,带宽为350MHz,在2.4GHz和5.2GHz处的吸波率分别为88.26%和89.25%。入射角度在40度以下时,保持较好的吸波性能。最后将集总元件的电容、电感引入,实现了双带通频率选择表面吸波体结构,通带谐振频率为3.9GHz和6.4GHz,S21分别为-0.0383dB和-0.4816dB。在通带两侧共有三个吸收带,吸收频段为2.17GHz2.6GHz、4.89GHz5.9GHz和8.28GHz9.1GHz。在入射角稳定性方面,在40度以下能够保持70%的工作性能。实现了频率选择表面吸波体多通带快速扩展。
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