电调谐雷达吸波材料研究

论文摘要

受限于厚度和电磁参数等因素,拓宽隐身材料吸波带宽是目前研究的难题。智能吸波材料可以根据探测雷达的工作频率对吸收频段进行调谐,从而实现宽频隐身。电调谐吸波材料因其吸收峰可调谐性能成为智能吸波材料研究的热点。本文就电调谐吸波材料的吸波性能和调谐能力进行了实验探索,研究了电调谐吸波材料吸波及调谐机理,建立了电调谐吸波材料仿真计算模型并制备相关材料进行验证。本文设计了电阻可变的正方形电阻片阵列构成的吸波材料,通过建模仿真发现,该吸波材料可以通过改变单元电阻实现对吸收峰的调谐。通过测试PIN二极管的电压-电流曲线,研究电阻随偏置电流变化的变化规律,制备出含PIN二极管阵列的吸波材料,经反射率测试得出:在2GHz8GHz频段,吸收峰随电流的增大（电阻的减小）向低频移动。在此基础上,本文讨论了阵列周期尺寸的变化对吸波性能的影响,周期尺寸越小,在10GHz14GHz频段,吸波材料的吸波性能和可调谐性能越强。本文研究了金属单元形状对吸波性能的影响,设计并制备出不同形状的金属单元电调谐吸波材料。当金属单元为长方形时,随着单元宽度的增大,吸收峰带宽逐渐降低,但调谐带宽增大,在8GHz15GHz频段吸波性能随之增强;单元长度的增大使吸收峰向低频方向移动,吸收峰带宽减小,吸收频段调谐移动能力增强。当金属单元为蝶形时,电调谐吸波材料的吸收峰峰宽明显大于长方形单元的峰宽。不同馈线布置方式对吸波性能也存在一定影响。当采用感性方式布线和背面布线方式时,反射率曲线存在固有谐振频率点,在该频点处反射率不随偏置电流的变化发生调谐。探索结果表明吸波材料采用容性的布线方式可具有较好的调谐带宽。通过改变电调谐吸波材料的馈线间距发现,馈线间距的增大使AFSS层容抗降低,吸收峰带宽增加。介质基体特性对吸波性能的影响同样不可忽略。实验制备了具有不同厚度及介电常数的基体的电调谐吸波材料,经反射率测试发现,基体厚度增加、介电常数实部增大均能使吸收峰增强,同时促进吸收峰向低频移动。最后建立了基于PIN二极管阵列的电调谐吸波材料仿真计算模型,对比了仿真计算结果与实验结果。结果表明论文建立的仿真计算模型能够准确反映吸收峰的调谐规律。根据仿真计算模型优化设计得到了在2.85GHz17GHz吸收强度为-8dB的电调谐吸波材料,并按优化设计结果制备了电调谐吸波材料。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的目的及意义
• 1.2 雷达隐身技术概述
• 1.2.1 雷达隐身基本原理
• 1.2.2 雷达吸波涂料与吸波结构
• 1.2.3 雷达吸波材料厚宽比极限
• 1.3 超材料雷达隐身技术研究概述
• 1.3.1 干涉型超材料
• 1.3.2 低损耗型超材料
• 1.3.3 吸收损耗型超材料吸波体
• 1.4 可调谐吸波材料研究现状
• 1.4.1 结构调谐
• 1.4.2 基体调谐
• 1.4.3 相位调制表面
• 1.4.4 AFSS 调谐
• 1.5 论文研究的主要内容及具体研究思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 原材料与仪器
• 2.1.1 原材料及化学试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 实验样品的制备
• 2.2.1 主动FSS 的制备
• 2.2.2 泡沫板的制备
• 2.2.3 电调谐超材料平板样的制备
• 2.2.4 反射率测试样的制备
• 2.3 电磁性能表征
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 PIN 二极管的电阻及其阵列对电磁波损耗特性研究
• 3.1.1 PIN 二极管电阻特性研究
• 3.1.2 PIN 二极管阵列的电磁波损耗特性研究
• 3.2 周期大小对调谐性能的影响
• 3.3 金属单元特性对调谐性能的影响
• 3.3.1 金属单元垂直电场方向尺寸改变对电调谐性能的影响
• 3.3.2 金属单元平行电场方向尺寸改变对电调谐性能的影响
• 3.3.3 蝶形金属单元的吸波材料的电调谐性能
• 3.4 有源馈线的形式对调谐性能的影响
• 3.4.1 有源馈线的布置方式对调谐性能的影响
• 3.4.2 相邻馈线的距离对调谐性能的影响
• 3.5 基体特性对调谐性能的影响
• 3.5.1 介质层厚度对电调谐性能的影响
• 3.5.2 介质板介电常数对谐振频率的影响
• 3.6 仿真建模与设计
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果