【摘 要】
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超材料作为一种亚波长单元结构的人工复合材料,具有灵活的电磁调控能力,被广泛应用于雷达吸波、电磁兼容等领域。随着探测技术的进步,发展宽频带、高性能的微波吸收材料具有重要意义。本文基于谐振加合机制,设计多种渐变金属线阵列图案,构建三维超材料结构吸波体,上下层叠加设计实现吸波频带的拓宽,开展宽频带高效雷达吸波特性研究,主要研究内容及获得的结论概括如下:设计金属线结构模型构建金属-介质表面,讨论金属线附着
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超材料作为一种亚波长单元结构的人工复合材料,具有灵活的电磁调控能力,被广泛应用于雷达吸波、电磁兼容等领域。随着探测技术的进步,发展宽频带、高性能的微波吸收材料具有重要意义。本文基于谐振加合机制,设计多种渐变金属线阵列图案,构建三维超材料结构吸波体,上下层叠加设计实现吸波频带的拓宽,开展宽频带高效雷达吸波特性研究,主要研究内容及获得的结论概括如下:设计金属线结构模型构建金属-介质表面,讨论金属线附着于立体介质板上的吸波机制,归纳探讨结构几何参数与吸波性能之间的关联性。基于本征模求解器模拟金属线结构色散曲线,吸收频点与截止频率的对应关系表明金属线结构对截止频率电磁波具有局域作用,通过改变金属线的长度可实现对不同频点电磁波的吸收。将渐变金属线在FR-4基板上有序排列,设计三维超材料结构吸波体,该结构将不同频率的吸收峰有效叠加,厚度13mm时在8.0-16.4 GHz频段范围内反射率小于-15d B。该结构具备极化不敏感特性和较好的斜入射性能,入射角至60°时对TM波仍有较好的损耗特性。模拟结果和实验结果基本一致。设计极化不敏感超表面实现高频电磁损耗,基于叠加复合机制构建双层吸波体,获得涵盖X和Ku波段的损耗特性,模拟结果表明双层设计能有效叠加超材料结构的吸波带宽,厚度15mm时其在7.5-20.0 GHz频段内反射率小于-15 d B。基于电磁参数反演提取等效输入阻抗,验证结构与自由空间阻抗的匹配特性,解释其吸波机制。模拟仿真与实验验证吻合。针对应用需求,在双层结构上方覆盖介质板,探讨介质板结构参数与吸波性能、阻抗匹配特性的关联性,优化后的结构在7.8-19.5 GHz频段反射率小于-15 d B。该复合超材料在雷达吸波领域存在一定的应用前景。
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