本文關(guān)鍵詞：有限大頻率選擇表面及其在雷達(dá)罩上的應(yīng)用研究

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【摘要】：頻率選擇表面(Frequency Selective Surfaces,簡稱FSS)是一種具有空間濾波功能的電磁功能材料,它通常由周期排布的金屬諧振貼片或金屬諧振縫隙圖案構(gòu)成,由于其呈現(xiàn)的優(yōu)良選頻特性,被廣泛應(yīng)用于電磁頻譜的各個(gè)波段,尤其是在飛行器隱身技術(shù)中。將頻率選擇表面應(yīng)用于雷達(dá)天線罩可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)制導(dǎo)艙的帶外電磁屏蔽,以達(dá)到降低雷達(dá)散射截面的目的。然而,為滿足氣動(dòng)與隱身要求,飛行器雷達(dá)罩外形為不可展開的二次曲面,這給頻率選擇表面的設(shè)計(jì)、建模、分析與制作帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前,國內(nèi)外關(guān)于頻率選擇表面的研究主要集中在無限大平面頻率選擇表面的數(shù)值計(jì)算方法、濾波結(jié)構(gòu)以及諧振圖案設(shè)計(jì)等方面。然而,在實(shí)際工程應(yīng)用中,有限大曲面頻率選擇表面的設(shè)計(jì)建模、電磁特性分析是實(shí)現(xiàn)其在雷達(dá)罩上應(yīng)用的基礎(chǔ)與依據(jù),但目前尚未形成完整的理論框架。因此,論文開展了有限大頻率選擇表面電磁特性及在雷達(dá)罩上的應(yīng)用研究,論文的主要研究工作如下。論文首先討論了周期結(jié)構(gòu)的電磁散射物理模型和數(shù)學(xué)表述方法,推導(dǎo)了模式匹配法的基本原理和實(shí)現(xiàn)過程。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合弓形法則測試原理,采用時(shí)域有限差分算法對(duì)有限大小頻率選擇表面的電磁特性進(jìn)行了仿真計(jì)算。通過對(duì)遠(yuǎn)場散射參量的數(shù)值求解,推導(dǎo)出了有限頻率選擇表面的透/反射系數(shù)表達(dá)式,從而為有限頻率選擇表面的設(shè)計(jì)與分析奠定了理論基礎(chǔ)。其次,論文針對(duì)國內(nèi)外制作頻率選擇表面雷達(dá)罩常采用的柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)及激光雕刻技術(shù)途徑,分別研究了柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)中引入的誤差對(duì)頻率選擇表面雷達(dá)罩傳輸特性與隱身特性的影響,以及可應(yīng)用于激光雕刻技術(shù)制作頻率選擇表面雷達(dá)罩的空間準(zhǔn)周期曲面建模設(shè)計(jì)方法。在分析柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)引入誤差對(duì)頻率選擇表面雷達(dá)罩傳輸特性與隱身特性的影響時(shí),論文采用等效平板法將制作工藝中出現(xiàn)的引入誤差呈現(xiàn)在等效平板上面,并采用自由空間法進(jìn)行測試。通過分析測試數(shù)據(jù),歸納了不同引入誤差對(duì)頻率選擇表面雷達(dá)罩傳輸特性的影響規(guī)律,從而為柔性屏轉(zhuǎn)移技術(shù)制作頻率選擇表面雷達(dá)罩提供了試驗(yàn)依據(jù)。激光雕刻技術(shù)是制作三維人工結(jié)構(gòu)的常用技術(shù)手段。然而,該方法的技術(shù)瓶頸在于尚沒有一種完善的在不可展開曲面上進(jìn)行頻率選擇表面布陣建模的方法。論文基于空間準(zhǔn)周期布陣的原則,開發(fā)出了在任意不可展開曲面上的密集/稀疏型頻率選擇表面布陣建模方法。通過分析由不同布陣算法獲得的頻率選擇表面雷達(dá)罩的RCS、透/反射系數(shù)、瞄準(zhǔn)誤差等電性能參數(shù),驗(yàn)證了空間準(zhǔn)周期布陣建模方法的可行性與可靠性。為了獲得更加精確的打擊能力,雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)成為制導(dǎo)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)雙模制導(dǎo)雷達(dá)罩的隱身不僅要實(shí)現(xiàn)帶外電磁波的屏蔽,還要保證探測窗口的紅外高透過率。針對(duì)這種隱身需求,論文設(shè)計(jì)了一種新型光學(xué)透明頻率選擇表面,通過開展其光電特性與電磁傳輸特性的研究,獲得了光學(xué)透明頻率選擇表面人工微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,為雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)武器的隱身提供了一種有效的技術(shù)方案。
【關(guān)鍵詞】：隱身技術(shù) 頻率選擇表面 有限陣列 隱身雷達(dá)罩 光學(xué)透明頻率選擇表面
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O482.54
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 論文研究背景及意義13-15
• 1.2 隱身技術(shù)及雷達(dá)散射截面15-17
• 1.3 頻率選擇表面概述17-20
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-25
• 1.5 目前存在的問題及論文研究內(nèi)容25-27
• 第2章 頻率選擇表面理論分析27-55
• 2.1 頻率選擇表面Floquet模式27-31
• 2.2 基于Floquet模式分析頻率選擇表面的傳播規(guī)律31-41
• 2.2.1 頻率選擇表面的透射場和反射場32-37
• 2.2.2 Floquet模的傳播37-39
• 2.2.3 金屬及介質(zhì)參數(shù)對(duì)主模傳播的影響39-41
• 2.3 有限大頻率選擇表面透、反射系數(shù)分析41-50
• 2.3.1 有限大FSS透、反射系數(shù)計(jì)算方法41-44
• 2.3.2 有限大頻率選擇表面散射遠(yuǎn)場的計(jì)算44-48
• 2.3.3 有限/無限頻率選擇表面對(duì)比計(jì)算分析48-50
• 2.4 有限大頻率選擇表面電磁特性分析50-53
• 2.5 本章小結(jié)53-55
• 第3章FSS雷達(dá)罩工藝研究與誤差分析55-75
• 3.1 柔性屏轉(zhuǎn)移法制作FSS雷達(dá)罩55-61
• 3.1.1 柔性屏轉(zhuǎn)移法簡介55-56
• 3.1.2 雷達(dá)天線罩子平面劃分設(shè)計(jì)56-58
• 3.1.3 頻率選擇表面柔性屏制備研究58-60
• 3.1.4 雷達(dá)天線罩精密層合工藝研究60-61
• 3.2 FSS雷達(dá)罩引入誤差對(duì)電磁特性的影響研究61-74
• 3.2.1 FSS設(shè)計(jì)參數(shù)誤差對(duì)電磁特性的影響61-66
• 3.2.2 周期截?cái)鄬?duì)FSS電磁特性的影響66-74
• 3.3 本章小結(jié)74-75
• 第4章 曲面頻率選擇表面設(shè)計(jì)75-95
• 4.1 Y環(huán)型頻率選擇表面排布方法介紹75-77
• 4.2 平面準(zhǔn)周期布陣法研究77-83
• 4.2.1 平面準(zhǔn)周期等半徑布陣法77-78
• 4.2.2 準(zhǔn)周期布陣誤差分析78-83
• 4.3 不可展開曲面空間準(zhǔn)周期布陣建模83-91
• 4.3.1 一般二次曲面稀疏排布建模84-87
• 4.3.2 一般二次曲面密集排布建模87-91
• 4.4 三維激光雕刻系統(tǒng)設(shè)計(jì)91-93
• 4.5 本章小結(jié)93-95
• 第5章 頻率選擇表面雷達(dá)罩電磁特性分析95-113
• 5.1 頻率選擇表面雷達(dá)罩電磁特性仿真計(jì)算95-106
• 5.1.1 時(shí)域有限差分法計(jì)算原理概述96-100
• 5.1.2 時(shí)域有限差分法求解電大尺寸問題精度分析100-103
• 5.1.3 空間準(zhǔn)周期頻率選擇表面雷達(dá)罩仿真分析103-106
• 5.2 頻率選擇表面雷達(dá)罩電磁特性測試分析106-112
• 5.2.1 微波暗室電磁特性測試環(huán)境介紹106-108
• 5.2.2 頻率選擇表面雷達(dá)罩測試分析108-112
• 5.3 本章小結(jié)112-113
• 第 6 章 雙模制導(dǎo)雷達(dá)罩上 FSS 設(shè)計(jì)113-133
• 6.1 光學(xué)透明頻率選擇表面簡介113-116
• 6.2 光學(xué)透明頻率選擇表面一體化設(shè)計(jì)116-123
• 6.2.1 光學(xué)透明頻率選擇表面一體化設(shè)計(jì)方法116-119
• 6.2.2 一體化設(shè)計(jì)光學(xué)透明頻率選擇表面計(jì)算分析119-121
• 6.2.3 光學(xué)透明頻率選擇表面制備及測試121-123
• 6.3 光學(xué)透明頻率選擇表面紅外高透過率優(yōu)化123-132
• 6.3.1 基于混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面設(shè)計(jì)123-125
• 6.3.2 混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)頻率選擇表面計(jì)算分析125-130
• 6.3.3 混合周期柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面測試分析130-132
• 6.4 本章小結(jié)132-133
• 第7章 總結(jié)與展望133-137
• 7.1 論文研究成果及創(chuàng)新性工作133-134
• 7.2 研究展望134-137
• 參考文獻(xiàn)137-147
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況147-149
• 指導(dǎo)教師及作者簡介149-151
• 致謝151

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本文編號(hào)：593522