超常材料增强和调控微波吸收材料吸收特性研究

摘要

微波吸收材料不论是作为最有效的国防武器装备隐身材料，还是作为各种民用与军用灵敏度极高的电子设备和电子仪器的抗电磁波干扰材料(EMI)都越来越受到重视，国内外研究学者对此一直保持着较高的研究热情。但无论是国内外应用多年的炭黑、铁氧体、金属微粉、多晶铁纤维，还是近年来发展的以纳米材料为代表的新型微波吸收剂，仍存在隐身频带窄、吸波能力不够强、涂层较厚、面密度较大以及吸波频段难以调控等缺点，因此研制新一代轻、宽、低、强及可调控的吸波材料成为当前研究的热点。本文提出利用超常材料来增强和调控常规微波吸收材料的微波吸收性能。超常材料是自然界不存在的通过人工合成的人造介质，其具有自然介质所不具有的奇异特性，如负的等效介电常数和负的等效磁导率。此外，超常材料的共振频率可以通过改变它的形状、结构、尺寸、和排列方式进行调节。
　　 本文提出三种基于不同结构的超常材料，用以增强和调控微波吸收材料的微波吸收性能。第一种为基于开口谐振环(SRRs)和金属线结构的超常材料，将此种超常材料覆盖于常规微波吸收材料羰基铁粉的表面，通过仿真和实验结果表明，利用此种结构可以增强微波吸收材料的反射损耗，同时可使微波吸收频段向低频方向移动。当电磁波垂直极化且电场方向平行金属导线时，吸收峰位由6GHz移至4.8GHz附近，低于-10dB的频段也由原来的5～7GHz移至4.2～6.2GHz。当电磁波平行极化时，分别在4.8GHz和7GHz附近出现2个吸收峰，反射损耗低于-10dB的频段范围为4～9GHz，带宽达到5GHz。仿真结果表明SRRs结构产生的磁共振和金属线产生的电共振是增强和调控微波吸收的主要因素。
　　 第二种为基于金属短杆对结构的超常材料，将此种超常材料嵌入到常规微波吸收材料羰基铁粉涂层之中，类似于三明治的方式，通过仿真和实验结果表明，相比基于SRRs结构的超常材料而言，此种结构可以更显著地增强吸收，反射损耗低于-10dB的频段由原来的5～7.4GHz移至3.9～9.4GHz。此外，微波吸收性能可以通过改变短杆的尺寸、排列方式以及层数进行调节。
　　 第三种为基于金属圆片对的超常材料，超常材料和羰基铁粉涂层采用和第二种结构相同的组合方式，从数值模拟结果来看，其反射损耗低于-10dB的频段为5.4～11.7 GHz。此外，通过仿真结果表明，此种结构与入射电磁波的偏振无关，同时，微波吸收性能可以通过改变其单元尺寸、排列方式以及层数进行调节。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超常材料研究概述

1.2.1 超常材料基本概念

1.2.2 超常材料国内外发展现状

1.2.3 超常材料在隐身技术中的应用研究现状

1.2.4 超常材料吸收特性及调控的国内外进展

1.3 本文框架

第2章 微波吸收机理概述

2.1 微波吸收材料的吸波原理

2.1.1 微波段电磁波的分类

2.1.2 均匀介质中电磁波的吸收

2.1.3 超常材料吸收特性的研究方法

2.2 斜入射多层介质微波反射与透射

2.2.1 多层介质的反射系数

2.2.2 多层介质的透射系数

2.2.3 电磁波垂直入射

2.3 小结

第3章 开口环复合型微波吸收材料的微波吸收性能

3.1 开口环超常材料复合型微波吸收材料的结构

3.2 羰基铁粉涂层的微波吸收性能

3.3 开口环超常材料的微波吸收性能

3.4 开口环超常材料复合型微波吸收材料的微波吸收性能

3.5 开口环超常材料对微波吸收性能的调节和控制

3.6 小结

第4章 方形短杆复合型微波吸收材料的微波吸收性能

4.1 方形短杆复合型微波吸收材料的结构

4.2 方形短杆超常材料的微波吸收性能

4.3 方形短杆复合型微波吸收材料的微波吸收性能

4.4 方形短杆超常材料对微波吸收性能的调节和控制

4.5 小结

第5章 圆片复合型微波吸收材料的微波吸收性能

5.1 圆片复合型微波吸收材料的结构

5.2 圆片超常材料的微波吸收性能

5.3 圆片复合型微波吸收材料的微波吸收性能

5.4 圆片超常材料对微波吸收性能的调节和控制

5.5 三种超常材料结构的比较

5.6 小结

结论

参考文献

致谢

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