【摘要】：相位梯度超表面,作為一種新型超材料,區(qū)別于其他傳統(tǒng)超材料諧振吸收的機理,它主要通過在表面引入波長尺度的相位突變,來控制反射波的波前,從而產(chǎn)生異常反射及折射、表面波耦合和類表面等離子激元激發(fā)等現(xiàn)象來實現(xiàn)隱身。本文基于前人研究,利用相位梯度超表面獨特的調(diào)控方式,針對傳統(tǒng)超材料尺寸大、頻帶窄的缺點,設(shè)計了一種“薄、寬”相位梯度超表面,通過仿真、實驗等方法研究相位梯度超表面性能,探索相位梯度超表面的雷達散射截面積(radar cross section RCS)縮減特性。主要工作如下:(1)從光學(xué)基本原理的費馬原理出發(fā)和電磁學(xué)基本的邊界條件限制出發(fā),推導(dǎo)界面上的廣義斯涅耳定律,探討相位梯度超表面與電磁波的相互作用機制以及產(chǎn)生的奇異效應(yīng)。將二維廣義斯涅耳定律推廣到三維,通過后續(xù)的仿真證實二維相位梯度超表面由于多了一個相位維度,對電磁波的散射能力更強。(2)基于廣義斯涅耳定律,設(shè)計了一種相位梯度差為dΦ(x)=2π/3的雙頻帶相位梯度超表面。兩種開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)組合起來的相位梯度超表面在設(shè)計頻點處滿足dΦ(x)=2π/3的相位梯度并且具有低反射率特性,同時在反射率谷值7.8GHz和9.4GHz處,平均RCS縮減量分別達到10.3dB和10.4dB,材料厚度也僅為0.578mm,約為工作波長的1/60。(3)基于雙頻帶相位梯度超表面的設(shè)計思路,明確寬頻帶相位梯度超表面設(shè)計思想,并設(shè)計了一種在12～16GHz范圍內(nèi)具有較穩(wěn)定相位差的螺旋結(jié)構(gòu)。反射率特性曲線顯示在設(shè)計頻率范圍內(nèi)其有低反射特性。隨后,將相位梯度分為一維和二維,探討不同的排列方式對RCS縮減特性的影響,分析四種模型的散射特性。它們都能有效地散射電磁波,減小主瓣方向上的反射波,從而降低超表面的RCS。在10-16GHz頻段內(nèi),RCS縮減平均大于10dB。
【圖文】：

方面：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為了控制戰(zhàn)場上信息的傳輸和獲取，更精準有效的實施打擊先要獲得的就是對空間中作為信息載體的電磁波的掌控權(quán)。而這個控制權(quán)最明顯現(xiàn)就是隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)，隱身技術(shù)提升我方人員以及武器裝備在戰(zhàn)場上的能力，反隱身技術(shù)則提升我方的偵查與探測能力[1]。而對于雷達隱身技術(shù)，主要過降低目標的雷達回波信號來實現(xiàn)隱身，其中雷達散射截面積（Radar Coss SectioCS）就是衡量目標雷達回波能力的一個重要物理量。所以，在軍事領(lǐng)域中，我們有效地縮減目標的 RCS，從而達到隱身的目的。民用領(lǐng)域：通訊系統(tǒng)、臨床醫(yī)療索檢測等生活中多個方面越來越依賴電磁波的相關(guān)應(yīng)用，因此，如何將電磁波高用來滿足生產(chǎn)、生活所需，，成為各個相關(guān)領(lǐng)域研究工作者研究的熱點。對于傳統(tǒng)，它們主要依賴原子與分子的結(jié)構(gòu)來調(diào)控電磁波特性，這樣容易受到材料本征屬限制，使得電磁波的調(diào)控變得復(fù)雜，同時材料的制備也相對困難，因而材料的應(yīng)到極大局限。超材料(Metamaterials)設(shè)計思想的出現(xiàn)，為新型隱身材料的設(shè)計與注入了新的活力，并體現(xiàn)出獨特的調(diào)控優(yōu)勢，極大拓展了隱身材料的設(shè)計研究[2-5

圖 1-2 (a) (b)超材料示例 (c)隱身衣設(shè)計 (d)隱身地毯設(shè)計統(tǒng)隱身材料設(shè)計遭遇瓶頸：在不影響武器裝備氣動性能的前提下，高性能隱身特性。在原有的設(shè)計思想指導(dǎo)下，由于頻率的降低，相必須犧牲材料的厚度指標以實現(xiàn)高性能隱身特性。而超材料不同于過人工設(shè)計超材料基本單元，可以使其工作在低頻頻段并且實現(xiàn)輕特點，在隱身領(lǐng)域具有廣泛潛在的應(yīng)用價值[2-8]。但傳統(tǒng)超材料諧振使得其工作頻帶相對較窄。因此，目前所需攻克的主要問題是如何指導(dǎo)下，通過對單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計來增強工作帶寬。料概述（Metamaterial）是一種亞波長結(jié)構(gòu)人工材料，擁有自然材料所不性[2-10]。1968 年，物理學(xué)家 V. G. Veselago 通過理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，電間不僅可以形成自然界中存在的右手螺旋關(guān)系，它們也可以形成左
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN95;TB34

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2683996