1用高阻抗表面电阻加载的超薄电磁吸波材料的分析与设计FilippoCosta1,AgostinoMonorchio,GiulianoManara摘要—高阻抗表面(HIS),包括有损频率选择性表面(FSS)被用来设计薄电磁吸收器。这种结构,除了其典型的共振特性,还可在减小的厚度下有一个非常宽频带的吸收。损耗在频率选择性表面被引入是通过印刷电阻性油墨,从而避免了典型的大量的集总电阻焊接。通过电路模型分析了FSS的表面电阻和电介质基板的电磁参数对吸收器输入阻抗的影响。结果表明,表面电阻值的最佳值是受基底参数(厚度和介电常数)和FSS单元形状的影响。然后,使用等效电路模型分析窄带和宽带吸收结构的工作原理,以获得最适合宽带吸收设计参数。关键词-人工磁导体(AMC),电磁吸收器,高阻抗表面(HIS),超材料吸收器,雷达波吸收材料(RAM),电阻频率选择表面(RFSS)。第一节简介最近的新型超材料的合成,表现出异常的电磁性能,引入了平面频率选择性表面,因为他们大的通用性和简单的制造过程。这些表面上,可以用在电介质基地的表面,合成高阻抗表面[1],[2],[3]。在过去的几年中已作出一些尝试改进经典的电磁吸收器的性能,如使用这些复合材料[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17]。该技术实现了接近的物理限制的厚度的带宽比[18],[19]。薄的窄带段吸收剂,使用加载了大量电阻的金属FSS,有很多文章这样报道了[6],[7][8][9]。加载高阻抗表面(HIS),被用来合成薄而宽的吸收剂[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16]。使用集总电阻以在金属表面引入欧姆损耗的导致结构复杂和昂贵的费用,因为高频电阻的成本和制造的复杂性。这种方法的一个有吸引力的替代方案,通过用适当的表面电阻的电阻油墨印刷频率选择性表面[12],[13],[14]。在文章[17]中,提出了基于电路的某些设计规则设计电阻加载HIS吸收剂。然而,在这本书的理论针对宽带设计和并未给出实验验证。没有一个具体的的的窄带结构理论和有用的方法去选择合适的表面电阻。一个实际的薄吸收剂电阻图案可在[13]和[14]中找到。然而,在这些论文中,由于缺乏设计原则,得到的是非最优设计。在这里,我们通过一个简单的等效电路分析了吸收结构,详细说明了吸收器的设计中的关键参数的影响规律。结果表明,最佳FSS的表面电阻依赖于单元周期的形状,频率选择平面与基底平面的距离及基底的介电常数。最后,理论分析了一个经过实验验证的吸收结构。本文的结构如下:在下一节中,通过等效电路的方法分析所述的吸波结构;在第三部分的澄清了FSS表面电阻和等效电路的集总电阻之间的关系。第四节给出了一个窄带薄吸收剂例1TheauthorsarewithDepartmentofInformationEngineering,UniversityofPisa,56122-Pisa,Italy(e-mail:filippo.******@;a.******@;g.******@).Colorversionsofoneormoreofthefiguresinthispaperareavailableonlineat。保持恒定的电介质厚度,改变其他参数以带宽为优化目标,进行分析以确定最适合的FSS参数。第五节,用一个实际设计例子解释了宽带吸波器。最后,在第五节,给出了窄带和宽带的设计规则。第二节建议的配置和电路模型吸收板由在一个薄的介电基地上(参照图1)的有损频率选择表面组成的一个传统的高阻抗表面。FSS阵列,由电容单元组成,在低频区域表现为一个电容,但其阻抗在第一谐振区后呈现电感性质。有损FSS的阻抗可以通过RLC串联电路表示:。FSS的形状影响参数L和C的值。吸收剂的表面阻抗ZR等于并联后的FSS阻抗ZFSS和电介质的表面阻抗Zd。薄的电介质表现为一个电 感。其阻抗可以通过如下分析计算:,其中;为别为TE和TM极化下的特性阻抗,式是沿着薄板方向的传播常数,式是沿传波方向的波数,为横向波数的法线相对于入射波的入射角。图1三维草图。经过对输入阻抗ZR的实部和虚部的一些分析, 可以得出:。当基底的电感性阻抗Zd和FSS的虚数部分都为相同的值,并联电路的共振阻抗ZR变成纯实数(薄基片)并且等于。为了获得对输入信号的吸收,式(6)中的阻抗应该与自由空间的阻抗相匹配3。等式7突出了最佳FSS的阻抗对厚度和基地介电常数的依赖关系。从式(7)可以明显看出,基板的厚度越厚,最合适FSS表面电阻值越大。第三节集总电路电阻R和FSS表面电阻RS之间
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