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超宽带电路模拟雷达波吸收器的设计及其应用研究

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作为主要的探测方式，雷达探测技术是现代战争中重要的一环。随着雷达探测技术的发展，雷达隐身技术也应运而生。雷达波吸收材料作为降低雷达散射截面的主要方式，在世界各国受到越来越多的关注和研究。与此同时，随着消费类科技的迅速发展，越来越多的频谱在军、民通讯领域被使用，这导致了电磁环境的恶化，进而引起了越来越多的电磁兼容性问题的出现。而雷达波吸收材料可以将入射的电磁能转化为热能，能够很好地解决一些电磁干扰问题。电路模拟吸收器作为一种性能优异的雷达波吸收材料，是研究的重点。其具有宽带吸收、设计灵活的特点。此外，一般的带通频率选择表面在通带外存在强烈的反射，强反射会导致雷达散射截面的增大。Rasorber因为同时具有传输和吸收的功能，可以有效降低通带外的强反射。因此，对电路模拟吸收器和rasorber的研究具有非常重要的意义。 本文以传输线等效电路法为基础，利用集总器件加载的方式，实现了超宽带电路模拟吸收器的设计。同时，设计了一款具有两个传输窗口的rasorber结构和一款传输频率可调的rasorber结构。主要的研究工作如下： 首先，提出了双层的超宽带电路模拟吸收器。多谐振可以展宽电路模拟吸收器的吸收带宽，本文分析了包含双层阻性层的电路模拟吸收器的谐振表现，并分析了吸收器的谐振条件。通过建立等效电路模型的方式，得到实现多谐振，超宽带吸收器的等效电参数。再结合物理尺寸与等效电参数之间的等效关系，完成物理结构的设计。所设计的吸收器，其阻性层是一款基于理想集总电阻器加载的方形环结构，反射率小于-10dB的相对带宽为157.4%，反射系数幅度频率响应曲线在工作频段内体现了四个谐振，厚度仅为工作频段内最大波长的0.098倍。经过谐振分析，吸收器在吸收频段内具有五谐振，但其中一个谐振因输入电导的不匹配而无法在反射系数幅度频率响应曲线上体现。利用加载介质匹配层的方式改善吸收器的输入电导，从而在反射系数振幅频率响应曲线上体现了五谐振，反射系数小于-10dB的相对带宽达到 165.5%，厚度也控制在了工作频段内最大波长的0.117倍。 其次，分析了集总电阻器在高频环境下产生的寄生效应，证明了寄生电容和电感的产生使得电阻器在高频下是无法表现为纯电阻。并在考虑实际集总电阻器的寄生效应的前提下，设计了一款更加贴近实际情况的超宽带吸收器。对比了加载实际集总电阻器和理想电阻器时吸收器的反射系数，说明了实际集总电阻器在高频下的寄生参数会对吸收器的性能产生影响。设计一款考虑实际集总电阻器寄生效应的吸收器，实验测试表明吸收器的工作相对带宽可以达到159.1%，且厚度仅为工作频段内最大波长的0.096倍。对其性能指标进行分析，所设计的吸收器物理厚度非常接近理论厚度。在吸收带宽和厚度上表现良好。 最后，基于集总电阻器加载的阻性层，设计了两款分别具有双通带和通带可调的rasorber频率选择吸收/传输结构。对rasorber的设计思路和概念做了阐述，利用该设计思路作为rasorber的主要设计思想。然后提出了具有双传输通带的rasorber，和传输频率可调的rasorber的等效电路模型与全波模型。阻性层均采用了集总电容、电感和电阻加载的方形环作为基本单元结构。双通带rasorber在4.24GHz和7.87GHz实现了传输功能，两个传输频率的插入损耗分别为0.032dB和0.105dB。同时在2.62GHz-12.03GHz之间的反射系数均小于-10dB。然后设计了通带可调的rasorber结构。利用可调的变容器件实现了传输通带可调的频率选择表面，并将其作为无耗传输层。最终的结果显示传输通带的可调范围为4.4GHz-6.5GHz，并且在传输频率的插入损耗较低。将3.2GHz-9.9GHz之间的反射系数控制在小于-10dB。

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