電磁超材料吸波結(jié)構(gòu)的研究及優(yōu)化.pdf

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1、代號(hào)107011070110701學(xué)號(hào)091812084509181208450918120845分類號(hào)TM15TM15TM15公公公開開開密級(jí)題（（（中（中中中、、、、英文英文）））目電磁超材料吸波結(jié)構(gòu)的研究及優(yōu)化StudyonStudyonMetamaterialAbsorbersandOptimizationStudyonMetamaterialAbsorbersandOptimizationMetamaterialAbsorbersandOptimizationMetamaterialAbsorbersandOptimization作者姓名楊陽指導(dǎo)教師姓名、、職務(wù)、

2、職務(wù)李龍教授教授學(xué)科門類工工工學(xué)學(xué)學(xué)科、、專、專專業(yè)專業(yè)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)二二二○二○○○一一年十二月一一年十二月提交論文日期西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切的法

3、律責(zé)任。本人簽名：日期西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。（保密的論文在解密后遵守此規(guī)定）本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用本授權(quán)書。本人簽名：日期導(dǎo)師簽名：日期摘摘摘要要要要隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，吸波材料越來越引起人們的重視，從武器隱

4、身到人體、儀器的防護(hù)、再到THz成像，吸波材料無不發(fā)揮著巨大作用。本文首先介紹了吸波材料和電磁超材料的歷史和現(xiàn)狀，對(duì)新出現(xiàn)的超材料吸波結(jié)構(gòu)的起源、演變及應(yīng)用做了詳細(xì)的介紹，并系統(tǒng)地分析了吸波材料的吸波原理和經(jīng)典的結(jié)構(gòu)式吸波材料Salisbury屏的吸波原理，指出實(shí)現(xiàn)超薄吸波的條件。根據(jù)超材料吸波的基本原理，本文創(chuàng)新性地提出一種新型吸波結(jié)構(gòu)Tetra-ArrowResonator（TAR），該結(jié)構(gòu)不僅具有優(yōu)良的吸波特性和超薄的結(jié)構(gòu)尺寸，而且具有良好的入射角穩(wěn)定性、極化穩(wěn)定性和多頻帶特性，并采用波導(dǎo)法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文對(duì)TAR的性質(zhì)進(jìn)行全面深入的分析。首先從表面電流分布分析了

5、三個(gè)吸波峰值點(diǎn)的工作模式，從TAR結(jié)構(gòu)的等效阻抗和損耗特性分析其對(duì)吸波性能的影響。并通過本征模的方法提煉出TAR結(jié)構(gòu)的諧振腔模型，分析其中高次模的諧振和吸波響應(yīng)。此外，本文從等效媒質(zhì)的角度分析了將TAR吸波結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體材料時(shí)，其等效的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和阻抗的特性，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)吸波峰值點(diǎn)，都有較好的阻抗匹配，并且有較大的等效電損耗和磁損耗，根據(jù)結(jié)構(gòu)式吸波理論解釋了超材料薄型吸波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的原因。在目標(biāo)雷達(dá)散射截面（RCS）減縮方面，本文對(duì)有限周期的平面和曲面TAR結(jié)構(gòu)的RCS進(jìn)行了分析，相對(duì)于同尺寸的金屬結(jié)構(gòu)具有很明顯的RCS減縮效果，表明了其在電磁隱身方面的潛在應(yīng)用。最后，

6、我們開發(fā)了一個(gè)聯(lián)合仿真優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)既兼顧了優(yōu)化算法的靈活性，又保證了電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性，可作為電磁場(chǎng)優(yōu)化方面非常有用的工具。本文詳細(xì)描述了系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)方法，并以隨機(jī)表面的超材料吸波結(jié)構(gòu)的優(yōu)化實(shí)例驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。關(guān)鍵詞：超材料吸波等效媒質(zhì)RCS減縮優(yōu)化AbstractAlongwiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,moreandmoreattentionshavebeenattractedtoelectromagneticabsorbingmaterials.Theabsorbingmaterialsare

7、playingtheimportantroleinweaponsstealth,humanbody,instrumentprotection,andTHzimaging.Thispaperfirstintroducedthehistoryandcurrentsituationofabsorbingmaterialsandelectromagneticmetamaterials.Wedescribetheorigin,evolutionandapplicationofthemetamaterialabsorbersi