左右手材料结构吸波体设计与性能仿真

论文摘要

作为提高武器生存能力和突防能力的有效手段,吸波材料已成为当今世界各国重点开发的军事高新技术之一。吸波材料同时也在信息传播、电子器件、微波辐射防护等民用方面得到了广泛的应用。因此研究新兴材料的吸波性能具有重要的实用价值。前苏联科学家Veselago于1968年通过电动力学理论的分析,推导出介电常数和磁导率都为负值的条件,同时在理论上证明了介电常数和磁导率同时为负时,电磁波会表现出奇异的特性,如负折射、反多普勒效应、逆Cerenkov辐射,以及电场、磁场和波矢量满足左手关系等性质,故称其为“左手材料”。2001年D.R.Smith用实验证明了该理论。由于左手材料的拥有的诸多反常电磁特性而引起了研究左手材料的浪潮。本文在已有的吸波材料研究结果基础上,推导了斜入射零反射条件下由左手材料和右手材料分别构成的单层、双层（共六种）吸波体的电磁参量取值规律,并利用遗传算法对吸波体的结构进行了优化设计;研究了上述吸波体在2-18GHz频率范围内的吸波性能,对其吸波性能进行了仿真研究并获得了相应的特性曲线;在此基础上分析了材料的电磁参量,材料厚度,电磁波入射角度对该六种结构吸波体吸波性能的影响。研究结果表明:由右手材料构成的吸波体在所选的优化频带范围内具有唯一的吸收峰值,而含有左手材料的吸波体在优化频带内具有多个吸收峰值。在六种结构吸波体中,右左手双层结构的吸波体的平均反射率最大,左左手结构的吸波体在低频段的吸波性能最佳。而各参量对吸波体性能的影响依据其结构的变化而变化。目前,关于斜入射情况下,单层双层吸波体无反射时电磁参量的取值规律还未见报道。而对含左手材料吸波体的吸波性能的研究以及电磁参量对其影响也很罕见。希望本工作能为左手材料或吸波材料研究领域的学者提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 吸波材料
• 1.1.1 吸波材料的研究现状
• 1.1.2 吸波材料的发展方向
• 1.2 左手材料
• 1.2.1 左手材料的研究进展
• 1.2.2 左手材料性质
• 1.2.3 左手材料的潜在应用
• 1.3 选题意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 基础理论研究
• 2.1 电磁波在左手介质中的传输特性
• 2.2 左手电磁波吸收材料的表征参量
• 2.2.1 介质损耗角正切
• 2.2.2 复波数k
• 2.2.3 复阻抗Z
• 2.2.4 介质折射率
• 2.3 电磁波在损耗介质分界面的反射与折射
• 2.3.1 有损介质中的Snell定律
• 2.3.2 右-右手系损耗介质分界面的Fresnel公式
• 2.3.3 左-右手损耗介质分界面的Fresnel公式
• 2.3.4 左-左手系损耗介质分界面的Fresnel公式
• 2.4 电磁波在多层介质中传输的一般理论
• 2.4.1 用传输矩阵法分析电磁波在单层介质中的传输
• 2.4.2 用递推法计算多层吸波体的波阻抗与反射系数
• 2.5 物质对电磁波的吸收与损耗机制
• 2.5.1 微波吸收谱
• 2.5.2 微波热效应
• 2.5.3 微波等离子体对电磁波的吸收
• 2.6 本章小结
• 第3章 左手材料吸波体的设计原则
• 3.1 单层吸波体的设计原则
• 3.1.1 右手材料单层吸波体
• 3.1.2 左手材料单层吸波体
• 3.2 双层吸波体的设计
• 3.2.1 右-右手系双层吸波体的设计
• 3.2.2 左-右手系双层吸波体的设计原则
• 3.2.3 右-左手系双层吸波体的设计原则
• 3.2.4 左-左手双层吸波体结构
• 3.3 吸波体的计算机优化设计方法
• 3.3.1 跟踪计算法
• 3.3.2 频点优化法和频带优化法
• 3.3.3 遗传算法
• 3.3.4 单纯形法
• 3.4 本章小结
• 第4章 几种左右手介质吸波体的优化设计与仿真
• 4.1 单层吸波体的优化设计与仿真
• 4.1.1 右手单层吸波体的优化设计与仿真
• 4.1.2 左手单层吸波体的优化设计与仿真
• 4.2 双层吸波体结构的优化设计与仿真
• 4.2.1 右-右手材料双层吸波体结构的优化设计与仿真
• 4.2.2 右-左手材料双层吸波体结构优化设计与仿真
• 4.2.3 左-右手材料双层吸波体结构优化设计与仿真
• 4.2.4 左-左手材料双层吸波体结构的优化设计与仿真
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢