周期性人工结构对吸波材料吸波性能的调控研究

论文摘要

随着现代通信技术的不断发展,电子设备的广泛使用使得电磁辐射和电磁干扰问题日益严重。另一方面,在军事国防领域,近年来各国信号侦测技术突飞猛进。因此,在微波隐身和电磁屏蔽中发挥关键作用的吸波材料或吸波器正成为研究的热点课题。传统的金属型超材料吸波器具有超薄、轻量、吸收效率高等特性。但因为吸收带宽较窄,工作频段不连续,很难应用到实际中。为了拓宽超材料吸波器带宽,本文利用两种吸波材料石墨和羰基铁粉代替传统超材料吸波器中的金属,并借鉴超材料吸波器的设计思路,获得了两种宽频带吸波器。此外,本文还从人工微结构的等效电磁参数,人工微结构中的场分布等角度分析了两种吸波结构获得宽频带吸收的机理。本文的主要工作以及创新点如下:1.金属表面电阻小是传统超材料吸波器吸收带宽较窄的主要原因。为了有效地增大吸波器的表面阻抗,拓宽其收带宽,本文利用电导率较低的石墨代替金属铜设计了基于石墨的超材料吸波器,系统地研究了石墨环结构各几何参数对吸波器吸波性能的调控规律。仿真和实验结果表明,优化后的石墨基超材料吸波器可以在12.7-18GHz实现吸收率大于90%。此外,由于石墨的趋肤深度远大于金属,这种石墨型超材料吸波器对石墨结构的厚度参数十分敏感。2.磁性吸波材料羰基铁粉是一种很常见的涂覆型吸波材料,其吸波效果好,但是密度大,吸收带宽不够宽。本文在羰基铁板上挖出周期性的方形孔,将羰基铁板制备成光子晶体平板结构,系统地研究了光子晶体平板各几何参数对吸波器吸波性能的调控规律。仿真和实验结果表明,优化后的羰基铁粉光子晶体吸波器可以获得5.7-20GHz的超宽吸收带（反射损耗低于-10dB）。这种网格状结构不仅显著地拓宽了吸收带宽,还极大地降低了吸波器的密度（约降至羰基铁粉的四分之一）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状及存在问题
•     1.2.1 电磁吸波材料的研究现状
•     1.2.2 超材料吸波器的发展现状
•   1.3 本文主要内容与章节安排
• 第2章 微波吸收的理论基础
•   2.1 引言
•   2.2 吸波材料吸收电磁波的基本原理
•   2.3 周期性人工结构的研究方法
•     2.3.1 等效介质法
•     2.3.2 等效电路法
•   2.4 超材料吸波器的电磁仿真分析方法概述
• 第3章 基于石墨的宽频带超材料吸波器
•   3.1 引言
•   3.2 石墨型宽频带超材料吸波器的设计与性能
•     3.2.1 石墨材料表征以及吸波器结构设计思路
•     3.2.2 石墨型宽频带超材料吸波器的吸波效果和性能分析
•   3.3 石墨型宽频带超材料吸波器的吸波机理分析
•   3.4 石墨型宽频带超材料吸波器的实验验证
•   3.5 本章小结
• 第4章 网格状结构对羰基铁吸波性能的调控分析
•   4.1 引言
•   4.2 基于羰基铁的宽频带网格状吸波器
•     4.2.1 材料性能分析与结构设计思路
•     4.2.2 仿真吸波效果及参数调控规律
•   4.3 周期性人工结构拓宽羰基铁吸收带宽机理分析
•     4.3.1 等效介质法
•     4.3.2 损耗特性分析
•   4.4 周期性人工结构拓宽羰基铁吸收带宽实验验证
•   4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈鑫

导师: 唐志祥

关键词: 微波吸收,吸波材料,电磁超材料吸波器,拓宽吸收带宽

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 湖南大学

分类号: TB34;O441.4

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.000312

总页数: 58

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