基于完美吸波超材料的缝隙天线设计

为了改善波导缝隙天线的辐射和散射性能,设计了一种方形环结构的完美吸波超材料(Square LoopPerfect Absorbing Metamaterial,SLPAM),其厚度为0.0057λ,最大吸波率达99.9%,并将此材料作为波导缝隙天线的基板,制备了完美吸波基板波导缝隙天线。仿真和实验结果表明:相比普通波导缝隙天线,优化设计的完美吸波基板波导缝隙天线的定向性得到了明显改善,同时其带内雷达散射截面(RCS)得到了有效减缩,最大减缩值达15.7dB。

宽带超薄完美吸波体设计及在圆极化倾斜波束天线雷达散射截面缩减中的应用研究

为了缩减天线带内雷达散射截面(radar cross section,RCS),在双频带完美吸波材料的基础上,通过缩小两吸波率峰值之间的距离,设计出了一种频带较宽的超薄完美吸波体.该吸波体由两层金属及其中间的有耗介质组成,底面金属不刻蚀,顶面由方形贴片和绕其四周的开口方环组成,该结构具有低频点LC谐振和高频点偶极子谐振的特征.仿真和实验结果表明:该吸波体具有极化不敏感和宽入射角的特征,其在厚度小于0.01λ的条件下,具有8.2%的半波功率相对带宽,最大吸波率的峰值为91.6%和96.5%.将吸波体用于圆极化的倾斜波束(tilted beam,TB)天线,仿真和测试结果表明:该天线在保持增益不变的条件下,不仅轴比得到改善,有效带宽得到拓展,且在5.5—6.5GHz范围内TB天线的RCS缩减至少在3dBsm以上,在谐振频点处最大缩减幅度分别为11dBsm和8dBsm;在两谐振点处鼻锥方向36°—+36°范围内,TB天线的RCS缩减均有明显效果.

低雷达散射截面的超薄宽带完美吸波屏设计研究

提出了一种基于PMA单元结构的超薄宽带完美吸波屏设计方法.该方法将多层拓展带宽的技术与单层多谐振方法有机结合,实现带宽拓展的同时,保持了完美吸波屏结构简单、无集总元件的特点,易于实际加工和应用.以双层三谐振超薄宽带完美吸波屏为例,结合其等效电路,理论上验证了所设计吸波屏的吸波机理,同时验证了方法的有效性.仿真分析该吸波屏具有低雷达散射截面、极化不敏感和宽入射角的特征.仿真和实测结果表明:该吸波屏在厚度为0.01λ的条件下,具有14.1%的半波功率带宽;-3dBsm的雷达散射截面缩减带宽为18.9%,在法线方向的最大缩减量为23 dBsm,在法向±40°内具有较好的雷达散射截面减缩效果.

基于分形的吸波材料及其在微带天线中的应用

在方形贴片完美吸波材料的基础上,通过Minkowski分形和开槽,设计了一种新型完美吸波材料,并分析了其吸波原理。将该材料加载于微带天线,用于减缩天线带内雷达散射截面(RCS)。仿真结果表明,相比于方形贴片吸波材料,设计材料的谐振频率下降了8.6%,最大吸波率达99.97%。加载该材料后,天线的辐射性能没有降低,而其带内RCS得到有效减缩。实测结果与仿真结果较为吻合,表明了该材料可以用于微带天线的带内隐身。

利用高阶表面等离子体共振实现窄带完美吸收

超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料,在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能,然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO2介质层-铝圆盘的三层结构,设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现,相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模,利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式,可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步,通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究,揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上,通过对结构参数的优化,最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10-5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容,同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间,因此拥有良好的大规模实际应用前景。

微波吸收体研究现状及发展趋势

近年来,具有吸收电磁特性的微波吸收体发展迅速并得到极大关注。微波吸收体在雷达隐身与反隐身方面的应用,迄今为止仍然是国防科研中的重要课题。在最近的文献中,超材料完美吸波器的研究取得了巨大进展,其多元化的发展态势在工业、军事领域的应用极为广泛。文章侧重于对微波吸收体的研究进行全面的综述,首先介绍微波吸收体的分类,然后详细介绍几种微波吸收体的结构,以及微波吸收体的一些关键应用,同时简述了利用超材料制作微波吸收体的方法。最后,对微波吸收体未来的研究方向进行了讨论。

一种具有吸波和相位相消特性的共享孔径雷达吸波材料

提出了共享孔径雷达吸波材料(shared aperture radar absorbing material,SA-RAM)的设计方法.该方法将无源人工电磁媒质(metamaterials,MTM)的散射问题等效为有源阵列的辐射问题进行研究,利用阵列天线原理对有限周期MTM单元构成的MTM子孔径的位置信息、幅度信息、相位信息进行优化设计,实现具有不同功能的SA-RAM.在此基础上,设计了一种基于人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)子孔径和完美吸波体(perfect metamaterial absorber,PMA)子孔径的SA-RAM,该SA-RAM通过将AMC子孔径与PMA子孔径交错布阵,实现了具有吸波和相位相消特性的SA-RAM.仿真和实验结果表明,该SA-RAM较金属板的后向雷达散射截面(radar cross section,RCS)在5.5—8.3 GHz都有明显的减缩,在5.54 GHz处的减缩是由于PMA的高吸波率引起的,在7.0 GHz处的减缩是由于AMC子孔径和PMA子孔径相位相消引起的.研究结果对频域和空域隐身相结合的雷达吸波材料设计具有重要的指导意义.