基于石墨烯的吸波器电磁特性研究

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随着现代雷达与天线技术的快速发展,对飞行器等军事目标的生存能力构成了极大的威胁和挑战。而石墨烯材料具备优异的电磁特性,可为高性能微波、毫米波乃至太赫兹吸波器的研究及飞行器的隐身设计提供重要的设计思路和技术路径。因此,本文在详细地研究了石墨烯的电导率模型及其电可调特性基础上,从数值仿真、理论分析与加工实测等方面研究石墨烯吸波器对电磁波的吸收特性。主要工作内容如下:  1.首先深入地探讨了石墨烯的电磁特性,包括:电导率、表面阻抗、相对介电常数,并给出不同条件下的特性曲线,为后续章节的设计提供理论基础。  2.分别基于局部非周期多层石墨烯表面、十字缝隙型石墨烯表面设计出两款超宽带吸波器(17.92GHz~188.73GHz,4.37GHz~17.8GHz),二者均实现了宽角度、极化不敏感的超宽带吸波,且调节外加偏置电压,获得动态的吸波特性。另外,分别依据干涉法及其拓展形式、阻抗匹配法定量地分析了两款吸波器的超宽带吸波机理,且理论运算结果与仿真数据相一致,进一步验证了仿真的准确性。最后,研究了此两种吸波器的RCS特性,发现它们可有效地降低目标的RCS,实现目标隐身的目的。  3.将石墨烯与金属结构结合,设计出一款可调THz吸波器,研究发现其吸波宽带及吸波峰分别在0.52THz~1.66THz、1.34THz~1.75THz频段内随频率连续可调。随后,又分别依据场分析法、干涉法对吸波特性进行定性与定量分析,分析结果均与仿真一致。  4.为了进一步验证石墨烯吸波器的吸波性能,设计、加工与测试了两款THz网状型石墨烯宽带吸波器。而后,对测试数据进行处理,并与仿真对比分析,结果显示其反射频谱与仿真曲线具有很好的一致性。
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