多层划分像素化频率选择表面吸波性能的EDA优化设计

摘要

频率选择表面(FSS)吸波结构是一种新型结构型吸波材料，它已成为吸波材料研究热点之一。如何设计频率选择表面的几何图形来获得特定的吸波性能是一个复杂问题。本文设计的像素化频率选择表面层主要由金属像素点图案和加载的元器件两部分组成，并采用分布估计算法（EDA），对器件加载的多层划分像素化频率选择表面（MPFSS）的吸波性能进行优化设计。
　　本论文首先讨论了EDA算法用于MPFSS优化设计的优势以及相应HFSS模型建立。在MPFSS的优化设计中，金属像素点图案和加载电阻的位置存在变量依赖关系，这种关系主要是通过建立概率分布模型中的条件概率模型来体现。经过测试，种群个体数、优势个体数、算法代数分别设置为300、90、10。利用MATLAB调用HFSS对每个个体进行仿真得到最优结果。通过对不同像素点比例划分的讨论，确定1:2:4的划分方案。
　　随后本文对加载电阻的MPFSS在2-6 GHz频率范围内的吸波性能进行了优化。得到的最优单元结构反射率低于-10 dB的吸收带宽为2.13-5.93 GHz。其优化进程验证了EDA建立概率分布模型的能力和快速收敛的效率。对应的表面电流密度分布图说明电阻损耗对提高吸波性能有重要作用。制备出的平板吸波结构实物垂直吸波性能在-10 dB的吸收频带为2.43-6 GHz，实测与仿真结果高度符合，验证了MPFSS的EDA优化设计的可行性和高效性。同时，其斜入射性能在入射角为30度以内基本能达到2-6GHz范围-10 dB的带宽
　　最后，对有源器件加载的像素化频率选择表面进行设计优化，得到了一种新型的1–5 GHz范围内双自由度可调的FSS低频宽带吸波体。最优单元图案具有渐变边缘、多谐振峰等特性。通过设计合理的可调器件加载和激励方式，赋予 FSS吸波体双自由度可调，从而充分发挥出渐变边缘图案的多谐振点特性。最终实现了实测1.5–6 GHz范围内-10dB宽带可调吸波性能。

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1 绪论

1. 1 课题背景和研究意义

1. 2 像素化FSS的研究进展

1. 3 像素化FSS优化算法的研究进展

1. 4 主要研究内容

2 多层划分的像素化F SS设计

2. 1 多层划分的像素化FSS基本结构

2. 2 多层划分的算法运用与HFSS建模

2. 3 多层划分的设计实例

2. 3 本章小结

3 加载电阻的MPFSS设计实例

3. 1基本设计

3. 2 优化进程

3. 3 优化结果

3. 4 实验制备

3. 5 本章小结

4 有源MPFSS设计实现

4. 1有源像素化FSS优化

4. 2双自由度可调像素化FSS设计

4. 3实验制备测量与分析

4. 4本章小结

5 总结与展望

5. 1 总结

5. 2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录