【摘 要】
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超材料是一种通过人为制造得到的全新的材料,具有独特的物理特性,因而受到了全世界的广泛关注。通过对它的结构的各项参数进行不同的改变以及优化等方法,能够让它得到当前现有材料所不具有的独特的物理性质。电磁超材料改变了人类对材料的传统认知,极大的推动了人类社会对它的了解,开拓了一个乃至数个全新的研究空间,在军用设备隐身、民用通信等领域内具有极大的发展潜力。目前,世界上研究问世的超材料吸波器的性能还很差、难
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超材料是一种通过人为制造得到的全新的材料,具有独特的物理特性,因而受到了全世界的广泛关注。通过对它的结构的各项参数进行不同的改变以及优化等方法,能够让它得到当前现有材料所不具有的独特的物理性质。电磁超材料改变了人类对材料的传统认知,极大的推动了人类社会对它的了解,开拓了一个乃至数个全新的研究空间,在军用设备隐身、民用通信等领域内具有极大的发展潜力。目前,世界上研究问世的超材料吸波器的性能还很差、难以共形、不透光,针对这些阻碍研究发展的缺点,本论文以超材料吸波器对入射电磁波的工作机制为切入点,仿真制造了一种基于复合树形谐振结构的超材料吸波器,然后把它和微带天线进行组装结合,达到了对微带天线的带内的雷达散射截面(RCS)的减缩的目标,验证了超材料吸波器在天线隐身领域的可行性。主要的工作内容是:(1)设计了一种基于复合树形谐振结构的超材料吸波器,通过对其表面电场和电流的分布分析验证了其宽带吸收的工作机制。在13.68GHz-71.6GHz的宽频段内,吸收性能超过了90%,横向磁波和横向电波在大偏振角和入射角下都能获得高的吸收性能,对于极化入射波是完全不敏感的。采用等效介质理论对其工作的机制进行反向验证,利用S参数反演法,分析了电磁参数对其吸收性能产生的作用。之后通过微加工工艺技术制作了实物样品。(2)研究了超材料吸波器在天线隐身(RCS减缩)领域的实际应用价值。以同轴馈电微带天线为参考,将设计的超材料吸波器加载到微带天线的辐射贴片周围,超材料吸波器的吸波频段覆盖了其工作频段,依据RCS的理论知识来探究其对天线性能产生的作用。研究了在这两种情况下,天线的辐射性能和带内RCS减缩的变化趋势。仿真结果表明,在大范围的角域里,加载超材料吸波器后的天线本身的性能没有发生变化,而其带内的RCS在不同极化的入射波下,减缩效果都很明显。加工制作了超材料吸波器与天线组合在一起的整体样品。(3)在自由空间系统中对制备的实物进行了实际测试,结果表明,制作的吸波器样品在13.8GHz-64.7GHz的工作频段内实现了90%以上的高吸收率。同时利用太阳膜测试仪设备对制作的样品实物的整体透明性能完成了实际测试,在人眼能够感知到的波段内(380-780nm),样品实物的整体透光率超过了66%,达到了在实际应用中对吸波器的高吸收性能、高透明度的标准;在微波暗室测试平台中对加载超材料吸波器前后的天线进行了性能测试。测试、仿真结果相差不大,验证了超材料吸波器在实现天线的RCS减缩,提升天线隐身性能领域的可行性和应用价值。
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