【摘 要】
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电磁吸收和通信性能在军事隐身领域占有极其重要的地位。人工电磁吸收结构凭借其对电磁波优秀的吸收响应,被广泛地应用在空间反射回波调控应用中。然而传统吸收结构通常使得其天线模块丧失了对外通信性能,因此开展人工电磁吸收结构的传输特性研究具有较高的应用价值与现实意义。传输型人工电磁吸收结构是一种在实现电磁能量吸收响应的同时提供通信性能的平面周期结构。然而,其工作频带内吸收与传输响应间的性能制约为该类设计带来
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电磁吸收和通信性能在军事隐身领域占有极其重要的地位。人工电磁吸收结构凭借其对电磁波优秀的吸收响应,被广泛地应用在空间反射回波调控应用中。然而传统吸收结构通常使得其天线模块丧失了对外通信性能,因此开展人工电磁吸收结构的传输特性研究具有较高的应用价值与现实意义。传输型人工电磁吸收结构是一种在实现电磁能量吸收响应的同时提供通信性能的平面周期结构。然而,其工作频带内吸收与传输响应间的性能制约为该类设计带来了较高的技术挑战与难度。目前,已刊登的传输型人工电磁吸收结构的设计理论较为单一,导致了其传输以及吸收性能的局限性。因此,本课题开展了对人工电磁吸收结构的传输特性研究,旨在解决传统结构难以实现高频传输窗口、吸收阻带不连续以及通带传输效率低等问题。本文的主要内容概括如下:(1)针对人工电磁吸收结构难以构造阻带高频处传输窗口的问题,通过对该类结构等效传输线模型进行研究,提出了三种具有高频传输性能的等效电路,并作为后续人工电磁结构的设计指导。首先,采用集总电抗元件在有损结构的宽频带吸收范围内插入了带通传输窗口。其次,为了在降低结构复杂度的同时提升通带内的传输效率,设计了两款可抵消通带内电偶极矩的分布谐振器,分别得到了位于吸收带高频处的单频与双频传输性能。最终,通过数值仿真与实验测试同时证明了该理论的有效性。(2)基于多谐振周期结构对传输型人工电磁吸收体的宽带连续吸收响应进行了研究。该系列设计舍弃了传统传输型吸收结构的通带谐振,并利用其对阻带性能进行了拓展。首先,设计了一款双通带的人工电磁表面结构并将其高频通带内谐振能量进行吸收,从而实现了高频的连续吸收频率响应与带通传输性能。其次,提出了基于模式互作用极点效应的人工电磁吸收结构传输窗口的构造方法,将传统谐振型传输窗口完全舍弃从而实现低频处的三谐振连续宽带吸收性能。在此基础上,继而提出了基于空间滤波器的超宽带传输型人工电磁吸收结构,该设计在具有双极化响应的同时,提升了宽频带范围内的传输、吸收以及低反射性能。最终,对该小节中的加工样本进行了实验验证,并得到了与仿真数据吻合的测试结果。(3)为了进一步解决传输型人工电磁吸收结构透射效率低、谐振结构复杂等缺陷,引入了类电磁诱导透明效应来解决以上问题。首先,对原子能级中电磁诱导透明效应展开了讨论,深入分析了其多路径激励的工作原理。其次,通过弹簧双振子系统对类电磁诱导透明效应进行拟合并验证,为实现人工电磁结构中的类电磁诱导透明效应提供理论依据。此外,利用人工电磁表面的结构耦合来模拟量子能级的破坏性干涉现象,使有耗亮态谐振子呈现抑制态从而极大地降低了其通带内的损耗效应,提高了人工电磁吸收结构的传输效率。最终,对基于类电磁诱导透明效应的高传输率人工电磁吸收结构进行了模型加工与测试验证,进一步证明了该理论应用在传输型人工电磁吸收结构设计中的可行性。
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