30. 材科导报 2005年9月第19卷第9期 频率选择表面(SS)在雷达吸波材料中的应用及最新进展 刘海韬程海峰楚增勇曹义 (回防科技大学航天与材料T程学院重点实验室，长沙410073) 摘要 研究了领率选择表面(SS》在需达暖波材料中的应用，阑述了其原理和研究现状。重点介绍了噸率特 性可调的舍主动式SS的吸波结构。从研究的情况来看，经过格当的材料选取以及结构设计，SS可以改选雷达吸 波材料的性能。最后展塑了FSS在雷达吸液材料中的应用前景。 关键词 S莆达吸波材料顿有动态调作 The Application and Latest Development of FSS in Radar Absorbing Materials LIU Haitao CHENG Haifeng CHU Zengyong CAO Yi (Key Lab of Advanced Ceramic Fiber and Composites,College of Aerospace and Materials Engineering National University of Defense Technology.Changsha 410073) Abstract The the this paper.The radar absorbing structure with active FSS whosefrequency characteristics can be dynamically tuned is illustrated particularly.The results show that the improved properties can be gained by choosing the appropriate mte rial and structure.Some viewpoints of the future application of FSS are proposed. Key words frequency selective surface.radar absorbing materials,frequency.dynamically tunedl 0 前言 研究现状，最新进展进行闲述，并对其卡来的发展方向进行展 雷达吸被材料作为实现雷达隐身的 种重要方式，具有设 十难度相对较低、耗资少，使用方便等 1 原理 电磁缺陷的修复上 其有湿者 世界各国均十分重视共 雷达吸波材料是指能吸收并衰减人射电磁被 将其能 开发与应用 深测 及反隐身技术的不新发展，要求 换为热能 类材料。雷达 吸波材料 苗达吸波材 项具 率选择表工 料的性 由周朗性列的金属 和红的吸收来 生排 牌表面 条件可由下面的分析得 附近 现全风 射（贴片型）或全传输 (孔径 反射面天与 负反 轻复用 于法极化 可用于隐身技 如宙 线罩 线系统的 择表 面达吸波材料复合使用是吸波材术 现动态 为 料的发收 介质材料（相对介电意数， 及被材料中的 图1单层吸波结构 未见其有大规模应月 Fig 1 A 复， 空得不 故目前对 过干加图】所示的非性单层吸波材料，当电磁波垂直入 计 其输人阻抗为： 针对上述问题，本文将 应用的原理 刘海：男，1981年生，项士生，主要从事伪装隐身和需达吸流材料的研究T:0731-457640 E-mail,h823an.m 1994-2015 China Academic lournal electronic publishing House All rights reserved. hnΛw.cnki net
5 9 9 9 0 0 1 2 3 O 材料导报 年 月第 卷第 期 频 率选择 表面 ( F S S 在 雷 达 吸波材 料 中的应 用及最 新 进展 ) 刘 海韬 程 海峰 楚增 勇 曹 义 国防科技大学航天 与材料工程学院重点实验室 ( . 0 0 1 长沙 47 3 ) 摘要 研 究 了频 率选择表 面 F SS 在 雷达吸 波 材料 中的 应 用 ( ) , 阐 述 了其原 理和研 究现状 。 重 点介 绍 了频 率特 性 可调 的含 主 动 式 F S 的 吸波结 构 。 从研 究的 情 况 来看 , 经 过恰 当的 材料 选取 以 及 结 构 设计 , F S 可 以 改 进 雷达吸 波材料的性 能 。 最后 展望 了 F S 在 雷达吸波材料中的 应用前景 。 关健词 F S 雷达吸 波材料 频 率 动态调节 hT e A P P l i e a t i o n a n d L a t e s t D e v e l o P m e n t o f FS S i n R a d a r A b s o r b i n g M a t e r i a l s I J IU H a i t a o C H E N G H a if e n g C H U Z e n g y o n g C A O Y i ( K e y l , a b o f A d v a n e e d C e r a m i e F ib e r a n d oC m p o s i t e s , oC ll e g e o f A e or s p a e e a n d M a t e r i a l s E n g i n e e r i n g . N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f 氏 f e n s e T e e h n o l o g y , C h a 眼 s h a 4 1 0 0 7 3 ) A bs t acr t T h e t h eo r y , a p p l i e a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f F S i n t h e r a d a r a b s o r b i n g ant t e r i a l s a r e d e s e r i be d i n t hi s p a p e r . T h e r a d a r a b s o r b i眼 s t r u c t u r e w i t h a e t i v e F S w h o s e f er q u e n e y e h a r a e r e r i s t i e s e a n b e d” a m i e a lly t u n e d 1 5 1l l u s t r a t e d P a r t一e [ l l a r ly . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e im P r o v e d p or P e r t i e s e a n b e g a i n e d b y e ho o s ign t h e a p P r o p r i a t e m a t e - r i a l a n d s t r u e t u r e . 阮m e v i e w 因i n t s o f t h e f u t u r e a P p li e a t l o n o f F S a r e P r o 卯 s e d . K ey 叨o dr s f r e q u e n e y s e l e e t i v e s u r af e e , r a d a r a b s o r bi n g ma t e r i a l s , f r e q u e n e y , d y n a m i e a ll y t 。, n e ( l 0 前言 雷达吸波材料作为实现 雷达隐身的一种重 要方式 , 具有 设 计难度相对较低 、 耗 资少 、 使用方便 等优点 , 尤其在飞行器 表面 电磁缺陷的修复上具有显 著的优势 I J , 世 界各国均 十分重视 其 开发 一 与应用 。 随着雷达探测 以 及反 隐身技术 的不断发展 , 要 求 雷达吸波材料不断向 “ 薄 、 轻 、 宽 、 强 ” 的方 向发展 。 频率选择表面 ( F S ) 是 由大量无源 谐振 单元组 成的单屏 或 多屏 周期性 阵列结构 , 由周 期性排 列的金属 贴片单元 或在金 属 屏上周期性 排列的孔径单元构成 。 这种表面可 以 在单元谐振 频 率附近呈现全反射 ( 贴片型) 或 全传输特性 ( 孔径型 ) , 分别称 为 带阻或带通 型 F S Z司 。 目前 F S 的应用 十分 广泛 , 也 可用 于 反射面天线的负反射器以实现频率复用 , 提高天线的利用率; 可 用于波极化 器 、 分波束仪 和激光器 的 “ 腔体镜 ” , 以提 高激光器 的 泵浦 功率; 还可用于隐身技术 , 如雷达 天线罩 以 降低 天线系统 的 雷达截面 ( R CS ) `4 」。 目前 , 频率选择 表面与雷达 吸波材 料复 合使用 是吸波材 料 的一个新兴研究方向 , 有望 给吸波材 料的结 构和性 能带来 巨 大 的变革 ,是非常具有 前景的 一个领域川 。 特别是 含主 动式 F S 的吸波结构的提 出七6一 8] ,使 吸波材 料的频 率特性 实现 动态可 调 成为可能 , 对 吸波 材 料 的发 展将 产 生 巨 大 的推动 作用 。 但 是 F S S 在吸波材料 中的应用 目前 尚处于研究 的初级 阶段 , 国 内外 研究均较少 ,未见其有大规模应用 的报 道 。 这主要 是因为此 类 结构的设计自由度太大 ,各参数之间影响非常复杂 ,并且对含 有 F S S 的吸波材料 的吸收机 理研究 得还不够透彻 , 故 目前对此 类 结 构的计算 也只能局限于数值算法 ,设计比较 困难 。 针对上述问题 , 本文将 对 F S 在吸 波材料 中应 用 的原理 、 研究 现状 、 最新进展 进行 阐述 , 并 对其未 来 的 发展方 向进行 展 望 。 1 原理 雷达吸波材料是指能吸 收并衰减 人射电磁 波 , 将其能量转 换为热能 而耗散的一类材料 。 雷达吸波材料要具有好 的吸波性 能必须具备 2 个条件 : ① 雷达波 入 射到吸波 材料 内部 时能量损 耗要尽量大 ; ②吸波材料 的阻抗要与 自由空间的波阻抗 相匹 配 。 要满 足第一个条件可以 选择具有高 。 “ 和 厂的 吸收剂来 实现 , 而 第二 个条件可 由下 面的分析得到 一 9」 。 电阻片 金属底板 介质材料 (相对介电常数 rE ) 图 1 单层吸波结构 F 娘 . 1 A 5 1叼-e l a y e r a 怡Or 加r s t ’IU c t眼 对 于如图 1 所示的非磁性 单层吸 波材料 , 当电磁波 垂 直人 射时 , 其输人阻抗为 : 刘海韬 : 男 , 1 9 8 1 年生 , 硕 士 生 , 主 要 从 事伪 装隐身和雷达 吸 波 材料的研 究 T e l : 0 7 3 1 一 4 5 7 6 4 牛O E 一 n 飞a , 1 : h s 8 2 3@ s 、 ,飞a . e o n 飞
频率选择表面(SS)在雷达吸波材料中的应用及最新进展/刘海等 ·31 乙.=-2am 8报道了一种N (1) 从而实现乙动态可调 其中：乙为电阻片阻抗：Z为介质的特征阻抗：=2m√/A,为 13(;H2段实现率特性n 电磁波传输系数， 生动式顿率选样表面结构如图2所示，利用标准的光刻技 相应的反射系数为」 术在0.8mm厚的1代B板上构造5S。FS单元为两个：号形料 2 联的码极子，用干提供宽带响应：通过手媒技术将八·极管 载入每个偶极子的中心处，以实现阻杭动态可测：板的尺小为 乙为自由空间的波阻抗，其值约为377. 185mm入235mm.包含18(15×12)个偶模子单元 反射率为 由式2 当乙=时反射系数为此时电 二极管 成置点 厚度来改金人阻抗从面实现阻抗匹配条件，而其中最容易调 节的是电阳片的阻抗，目前广泛采用的也是这种阻抗匹配方式 如多层阻抗渐变型的吸波材料叫。但如果将下SS引人到吸被 材料中则可以更方使地实现熙抗匹配条件，原理如下。 对于FSS,其阻抗可由下式表示： 偏置线 式中：k为下Ss的电 单元的形状 布方仁为电容其中心 大 2 动态频率选择表面结构图 的实现 有通过 将上述的FSS代替图1中的电1片构成频料特性动念口 而改变SS的阻抗以实现凰抗匹配：同时也可以通过在吸波材 调的吸波结构。其中将S正面向下放置在厚1.n,低损月 料的吸收峰频率附近设计SS的谐振来拓宽颜带 目前国 的泡沫介质材料(e,=1.05,nn6=.0017)之上.肾村为金属平 外已开了 些实验和理论研究，如Yanan Sha等报道了 板。这种布局保证PN二极管可以族入到泡沫介质中，起到 FSS置入阻抗分级的碳纤维(C下)合成物中形成吸波材料的实 拓宽频带、保护F55的作用。 羚，阐述了不同FSS图形和位置对吸波材料反射特性的影响， 利用HP851('网络分析仪制试了F5在I1IHz不同 司时指出通过恰当的复合，可以改善吸波材料的吸波性 偏置电流情况下的反射率，测试结果如图3所示. 等将FSS置于含有碳纳米管，碳纤 果指出 层吸被材料中，得到了较好的试 有较 指出司可以利用S5 性能进行业5日故内地进行 此 华由 大学马度禁酒过实验指出，S的图密Π阳尺十及其在形波 料中所处的位置都将改变复合吸波材料的颗率特性：选用合适 G 的结构与材料将可能实现吸波材料“薄，轻，宽，强”的日标 但是有一点需要指出的是上述吸波材料均是一种被动式结 图3含主动式SS吸波结构反射率测试结果四 构，即当材料的种类，结构确定以后，其领率特性也就相应地确 Fig 3 Measured absorber reflectivity containing activeFS 不具有动态可性月文献报了 种新型的含主动 ,其城 率具有动态可两 的特性，研究和 从图3可以看出，当偏置电流为0时，此结构是强反射的 下面对此新型结构进行介 但随偏置电流的增大，反射率下降并具有2个峰伯：当偏置电计 2含主动式FSS的吸波材料 达到的0.08mA时，在9.5一12.5(Hz其反射率低于-20dB:随 偏置电流的进 步增大，反射曲线只有】个蜂值。0,5(Hz 由公式(4)可知，若可以通过某种方式改弯下SS的电阻从 附近，其反射特性与单层的Salisbury屏相似，I是带宽增大 而实现FSS的阻抗动态可调，就可实现含主动式FSS的吸波材 当偏置电流继续增大，反射率会出现增大的呢象，当偏置电流达 料的吸收朝率可调特性，这也就是此种吸被结构实现频率特性 到饱和值(>1A)时，此结构将会次出现强反射现象。对 动态可调的基本出发点。这种设想可以通过功能材料来实现 这种主动式的吸波结构，其所需的偏置电流值是很小的，平均物 此种功能材料县有任微波波段电参数可通过光或电信号来控制 耗功率小于25μW/cm 的特性。具体应用在主动 式S的吸材料 即是以通 可以用传输线法对含主动式的吸波材料建立近似到 过光或电信号来改变5电阻R,的一类功能材料。文献[6 论模型，对于上述的单层结构，其等效电路如图4所不。此处考 21994-2015 China righ ww.cnki.ne
频率选择表面 在 雷达吸 波材 料中的应 用 及最新进展/ 刘 海韬 等 ( S S) F 7 巡 _ i 多竺兰趣生 一 切 乙 + Z ] 爪 倒 ) l a 1 ( ) 其 中 : Z 、 为电阻 片阻抗 ; 为介质 的特 征阻 抗 Z 俘一 ; 2 了舀 T 7 / 入 , 为 电磁波传输 系数 。 相应的反射系数为 : _ Z , 一 乙 产一 瓦 刁玄石 ( 2 ) " 要阵 手苦考 一夕苦承t今 乙 ; 为 自由空间的波阻抗 , 其值约为 3 77 n 。 反射 率为 : 厂一 2 0 19 {户I ( 3 ) 由式 ( 2) 可知 , 当 乙 。 一乙 时 , 反射 系数为零 , 此时 电磁波 完 全进人吸波材 料内部 ,无 电磁 波反射 , 此 即阻抗 匹 配条件 。 由式 ( l) 可知 , 可以 通过调节 电阻片阻抗 、 介 质 的电磁参数 以 及介 质 厚度来改变输 人阻抗从而 实现阻抗 匹 配条件 , 而其中最容 易调 竹的是电阻片的阻抗 , 目前广泛采用的也是这种阻抗匹 配方式 , 如多层阻抗渐变 型 的吸 波材料口习 。 但如 果将 F sSL 引人到 吸波 材料 中则 可以更方便地 实现阻抗 匹 配条件 , 原理 如下 。 对于 F S , 其阻抗 可由下式 表示 : Z 一 尺 , 卜] 。 L 、 + 1j/ 疏 、 ( 4) 式中 : R 、 为 F S S 的电阻 , L 、 为 电感 , C , 为 电容 。 其 中 , I 、 、 C 、 由 F S S 中单兀的形状和排布方式所 决定 , 故相对 于纯 阻性 电阻片 的阻抗而 言 , 频率选择表面的阻抗调节具有更大 的 自由度 , 不仅 可以通 过改变 F毕 自身的电阻来 实现 , 还可以 通 过选取 合适 的 F S 种类 、 单元形状 和排 布方式来 改 变 F S 的 电感 和电容 , 从 而改变 F S 的阻抗 以实现阻抗 匹 配 ; 同时也可 以通过在 吸波材 料的吸收峰频率附近设计 F S 的谐振来 拓宽频 带二” 」。 目前 国 外 已开展 了一 些 实验和 理 论研 究 , 如 Y an an hS a 等报 道 了将 F S S 置人阻抗 分级 的碳纤维 ( C )F 合成 物中形 成吸 波材料 的实 验 , 阐述 了不同 F S S 图形 和位 置对 吸波材 料反 射特性 的影响 , 同时指 出通 过 恰 当的 复 合 , 可 以 改善 吸 波 材 料 的 吸 波 性 能 , 2 · ’ ` 一 。 R . A . T el ak ul a 等将 F SS 置于含有碳 纳米管 、 碳纤 维 和空心微球 的阻抗分级的多层 吸波材料 中 , 得 到 了较好的试 验 结果 , 指出 F S S 的形式 及位置对吸波材料 的性 能均 有较大 的影 响[ ’ ` J 。 阮 u r a v C h a k r a v a r t y 等利用遗传算法对 含有 F S 的多层 吸波材料性能进行 了数值计算 , 指出可 以利用 F S 对吸波 材料 性能进行优化 l[ 5」。 目前国内也进行 了一 些试验研 究 , 华中科 技 大学 聂彦等通过 实验指出 : F S S 的图案 、 几何尺寸及其在 吸波材 料中所处的位置都将改 变复合吸波材料 的频 率特性 ; 选用 合适 的结构 与材料 , 将可能实现吸波材料 “ 薄 、 轻 、 宽 、 强 ” 的 目标L ’ 6」。 但是有一点需要指 出的是 上述吸波材料均是一种被动式结 构 , 即当材料 的种类 、 结构确 定以 后 , 其频率特 性也就 相应 地确 定 r , 不具有动态可 调性 。 目前文献 报道 了一种新 型 的含 主动 式 F S 的吸波材料 结构 , 其频 率具 有动 态可 调 的特性 , 研 究和 应用前景非常诱人 , 下 面对 此新 型结构进行介绍 。 剑报道 r 一种 含 I,I N 二 极管 的 F S 结 构 . 其 可以 通过 改变偏 置 电流来改变 F S 电阻 R 从 而实现 Z 动 态 可 调 , 并 可在 9 一 13 G H z 频段实现频 率特性 可调 。 主动式频 率选择 表面结构 如图 2 所 示 , 利用标 准的 光刻技 术在 0 . s rn ; 厚 的 P C B 板 ! 构造 F S 。 F S 单 元 为两 个弓 形相 联的偶极 子 , 川 于提 供 宽带响 应 ; 通过 手焊技 术 将 )I N 几极 管 载人每个偶极 子 的中心 处 , 以 实现 阻抗 动态 可调 ; 板的 尺 寸为 1 8 5m 火 2 3 5m m , 包 含 1 8 。 ( 15 二 12 ) 个偶极 子-flT 儿 15 乃 n 、 11飞 15 苦考苦今苦今手 . 5 了1、 rl 二 极管 放置 点 二 级管 偏置 线 图 2 动态频率选择表面 结构 图 F ig . 2 I k t a i l s o f t h e a e t i v e l飞s t。侧 , l呷汀 将 上述 的 F S 代替 图 1 中 的电阻 片构成 频率特 性 动态 可 调的吸波结 构 。 其中将 F S 正 面向下放置 在厚 通 . () ln m 、 低损耗 的泡沫介质材料 ( 。 。 一 1 . 沥 , t a n a ~ () . 。 。 17) 之 上 . 背衬 为余属平 板 。 这种布 局保证 IP N 一二极管 可以嵌 人到泡 沫介质层 中 , 起 到 拓宽频带 、 保护 F S 的作用 。 利用 H P 85 1 () ’ 网络分析仪 测试 J ’ F沼 在 8 一 l刁( 汀I , 不同 偏置电流情况下 的反射率 , 测试结果如图 3 所示 。 巧。 切训书翎 山七 . ō沙刀公召。>` 「r e q u e n e y , G H z 图 3 含主动式 璐5 吸波结构 反 射率测试结果川 F ig . 3 M eas u r ed a bOS r 块r 代fl ec t i v i t y e ( 一n ta i n in g a c t i枕 此S 2 含主动式 1 5 5 的吸波材料 由公式 (4 ) 可知 , 若 可 以 通过 某种方 式改 变 F S 的 电阻从 而实现 F S 的阻抗动 态可调 , 就可实现含主动 式 F S 的吸波材 料的吸收频 率可调特性 ,这 也就是 此种 吸波结构 实现 频率特性 动态可调的基本出发点 。 这 种设想 可 以通 过功 能材料来 实现 , 此种功能材料具有在微波波段 电参数可通过光 或电信 号来控制 的特性 。 具体应用在 含主动式 F S 的吸 波材料 中 , 即是 可以通 过光或电信号来改变 F SS 电阻 R , 的一 类功能材 料 。 文献 [ 6一 从 图 3 可 以看 出 , 当偏 置电流 为 。 时 . 此结 构 是强反 射的 ; 但随偏置 电流 的增 大 , 反射率下 降并具有 2 个峰值 ; 当偏 置 电流 达到约 0 . 08 r l lA 时 , 在 9 . 5一 1 2 . 5 ` H z 其反 射率低 J : 一 Zo d B : 随 偏置 电流的进 一步增 大 , 反 射曲线 只有 1 个峰值 。 在 10 . 5 ( ; H : 附近 , 其反射 特性 与单层 的 aS il 、 b盯 y 屏 相似 , 但 是带 宽增 大 。 当偏置 电流继续增 大 , 反射 率会 出现增 大的现象 , 当偏置电流达 到饱和值 ( > l m A )时 , 此结构 将会 再次 出现强反 射现象 。 对 于 这种 主动式 的吸波结构 , 其所需 的偏置 电流值是很小的 , 平均损 耗功率小于 2 5拜W / e m Z 。 可以 用传输线法对 含 主动式 F S 的 吸波 材 料建 立近似 理 论模 型 , 对于上述 的单层结 构 . 其等效 电路 如图 4 所示 。 此 处考
·32 材料导报 2005年9月第19卷第9期 虑了PCB板对反射特性的影响，其中PCB板的厚度为，阻抗 8 Expe 为Z,介电常数为。主动式FSS的阻抗分为两部分：一部 由FSS种类，单元形状以及排布方式等参数所决定，其值为定 39(1).12 值：另一部分为可以通过调节偏置电流而改变的电阻部分。通 曹义，单层宽顿薄层吸波材料研究，国防科技大学学位论 文长沙，国防科技大学，2003 过此理论模型可以对吸波结构进行优化设计，并对其性能进行 10邢丽英，刘俊能。电阳渐变型结构吸波材料的研究与发展。 预测。 d 1 time doma mlstionloy 入射波 5E.2002,417 2 aL,+1C, Z 12 Jose K A.Yanan Sha.Varadan VK,et a FSS embedded mi 反射 R crowave absorber with carbon fiber composite EEE,2002:576 13 Yanan Sha,Jose K A.No CP.et al.Experim ental investiga- 图4含主动式SS吸波结构等效电路图 tions of wave absorber with fss em Fig.4 Transmission line equivalent circuit of 245 absorber structure containing active FSS Tellakula RA.Sha Y.Vinoy K et al.Carton nanotube fillers,and FSS as potential EM absorbers.Sman Structures 3展望 and Materials:Smart Electronics.MEMS,BioMEMS,and 从上面的理论分析以及文献所报道的情况来看，将FSS与 Nanotechnolgy.2003:356 Sourav Cha arty,Raj Mittra,Neil Rhode ms n th 吸波材料进行复合，通过恰当的材料选取和结构设计是可以改 of the 善吸波材料性能的。尤其是含主动式FSS吸被材料结构的提 g 出，还可实现吸波材料的频率特征动态可调，故下SS在吸波材 料中的应用将会具有非常明朗的前景。 目前对这方面的研仍 y Technioues.2001.19(6):1050 起非阶段，以下几个方面 会成为今后研究的主 16聂意，冯则坤，张秀成，等.下S在吸波材料中应用的实验 )定性或定量地确定各种典 的 家方向 状、排 研究.华中科技大学学报，2004.(5)：50 布方式以及 吸 材料中所处位置入 材料吸波性能的 17 Wang L.et al.Frequencys (2)目前对单层FSS在吸被材料中应用的研究较多，而对 2039 多层FSS应用的报道较少，这可能会成为 个新的研究热点 (3)目前常用传输线理论对含FSS的吸波材料进行优化设 sing the finite differences time domain (FDTD)method. 计和性能预测，但是此种方法具有精度较差且对某些类型的 EE,2002:568 FSS不适用的缺点，利用FDTD法a,有限元法)、多 Yu Wenhua,Supriyo Dey,Raj Mittra 模网络分析法]，遗传算祛3)等数值计算方法对此吸波结 构进行优化设计可能会成为一个主要的发展 对含主动式FSS的 结构的 新型功能材料的 ,电磁场时域有限差分方法西安：西安电 化特会成为的究方 子科技大学出版社，2002 选取以及如何实用 21 Istvan Bardi,Richard Remski.David Perry.et al Plane wave 参考文献 scattering from frequency-selective surtace by the finite element 桑建华， ：行器表面电磁缺及雷达吸材料位用。 22 ork anal 2阮铮，等.雷达截面与隐身技术.北京：国防工业出版社， E.198.104g 1998 3 Munk B.Freque selective surfacetheory and design.New design based on genetic algorithm Electronics1999.5 York:Jophn Wiley Sons.Inc,2000 17):1400 4 卢俊，高劲松，孙连春频率选择表面及其在隐身技术中的应 24 Sourav Chakravart Raj Mittra.App tion of he micro ge n to t 干涉型多层吸波材料研究。材 料导报.20， 217 2002.44(2).338 6 Tennant A,Chambers B Adaptive radar absorbing structure 25 Sourav Chakravarty,Raj Mittra.Neil Rhodes Williams Appli with PIN dioded active selective surface cation of a microgenetic algorithm (MGA)to the deign Smart Mater Struct.2004.(13):122 Tennant A,Chambers B.AS nglelayer tuneabl wave ab ntenn Microwave and Wireless Com 0.3 (责任编择石求) 1994-2015 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne
材料导报 5 年 9 月 第 9 卷第 9 期 0 0 3 2 2 1 虑了 CP板B对反射特性 的影 响 , 其中 CP B 板 的厚度 为 己 , 阻抗 为 乙 , 介电常数为 旬 。 主动 式 F S 的阻抗 分 为两部分 : 一部分 由 F S 种类 、 单元形 状 以及 排布方 式等参数 所决定 , 其值为定 值; 另一部分为可以通 过调节偏 置 电流而改 变的电阻 部分 。 通 过此理论模型可 以对吸波结 构进行优 化设计 , 并对 其性能进 行 预测 。 入 射波 - ~ 臼卜 阅口- - ~ - ` 反射波 看 卜日 , ` L “ ` ,石` ’ · 、 路 叫 句 十扩 凡 、 圈 4 含主动式 1 5 5 吸波结构等效电路图 iF g . 4 T ” aJ 魂叨” 姗 OnI line qe u i val en t e i cr u i t of a b , 〕 r吮r s t cur t眠 con 田 n in g ac t i v e 此 S 3 展望 从上 面的理论 分析以 及文献所报道 的情况来 看 , 将 F S 与 吸波材料进行复合 , 通过恰 当的材料选 取和结构 设计是可 以改 善吸波材料性 能的 。 尤其是含 主动式 F S 吸 波材料 结构 的提 出 , 还可实现吸波材 料 的频 率特 征动 态可调 , 故 F S S 在 吸波材 料中的应用将会具有非常 明朗的前景 。 目前对这方面的研究仍 处于起步 阶段 , 以 下几个方面可能会成为今后研究的主要方向 。 ( 1) 定性 或定量 地确 定各种典 型的 F S 种类 、 单元形状 、 排 布方式 以及在 吸波材料 中所处位置对材料 吸波性能 的影 响 。 ( 2) 目前对单层 F S 在 吸波 材料 中应用 的研 究较 多 , 而对 多层 F S S 应 用的报道较少 , 这可 能会成为一个新的研究热点 。 ( 3) 目前 常用传输线 理论 对含 F S 的吸波材 料进行优 化设 计和性能预测 , 但 是此 种 方法 具 有精度 较差 且 对某 些 类型 的 F S S 不适用 的 缺点仁” 」。 利用 F D T D 法 [ ’卜刘 、 有 限元 法〔川 、 多 模网络分析法皿〕 、 遗 传算法a2[ 一 周 等数 值计算方 法对 此吸波 结 构进行优化设计可能会成为一个主要的发展方 向 。 ( 4) 对 含主动式 F S 的吸波结 构 的研究 、 新 型功 能材料 的 选取 以 及如何实用化将会成为新的研究方 向 。 参考文献 1 桑建华 , 周海 . 飞行器表 面电磁缺 陷及雷达吸波材料应用 . 航空材料学报 , 20 0 3 , ( 6 ) : 51 2 阮颖 铮 , 等 . 雷达截面与隐身技术 . 北京 : 国防工业 出版社 , 19 9 8 3 M u l l k B . F代月 u en Cy se lce t i v e s u d a e 分 t heo yr 田1( I d e s i .gn N e w OY kr : J o p ha w il e y 乙 黝、 cnI , 20 0 0 4 卢俊 , 高劲松 ,孙连春 . 频率选择表面及其在隐身技术 中的应 用 . 光机 电信息 , 20 0 3 , ( 9 ) : 1 5 黄爱萍 , 冯则坤 , 聂建华 , 等 . 干涉型 多层 吸波材料研 究 . 材 料导报 , 2 0 0 3 , 1 7 ( 4 ) : 21 6 eT an t A , Cih 川1映 sr B dA a p t i v e ar d ar a l 〕 so r bi嗯 s t cur t ur e iw th P NI di浏 e con t创 1曰 ac r ive f r以l u en e y s el ce t i v e s u fr a .ce 3 1飞 z rt M a t e r tS r u c t , 20 0 4 , ( 13 ) : 122 7 1毛I侧 I l t A , C I翻 1比sr B . A iS 喇。 la ye r t ~ bl e 而 c or wa ve ab - so r挽 r u s i眼 an a e t ive l飞5 IE E E 肠 e or wa v e an d W ier les s ( 为n l - op n e n t s l尤 t t , 2 0 0 4 , 1 4 ( l ) : 4 6 S eT 心m t A , C l翻 飞块 r s B . E x pe ir n祀 n t al bor ad l习 n d 5 1飞l e l a 卯 r P骆 u s i眼 aer ct i v e i n l休妇田l e e s iw t ich 眼 . E I二 t rt 刘 e s l , t t , 20 0 3 , 3 9( l ) : 12 1 9 曹义 . 单层宽频薄层 吸波材料研究 . 国防科技 大学学位 论 文 . 长沙 : 国防科技 大学 , 20 03 10 邢丽英 , 刘俊能 . 电阻渐变型结构 吸波材料 的研究 与发展 . 航空材料学报 , 2 0 0 0 , ( 9 ) : 18 7 1 1 eY C F , I J i E P . iF in t e id ff e r e n c e t l n le e l o 里 an i n s im u l a t io n fo r m u l t i 一 l a卯 r nu e ~ e a l 〕 so r 映 r iw t h f明 u cen y se lce t ive s u fr a e e . IE E E , 20 0 2 : 4 17 12 oJ se K A , Y出 诩 日l a , V ar ad an V K , et al . F段 3 即 d x 汇 ld司 佃 - c or wa ve a b朋r 晚r iw ht car 比 n if be r 印 r 耳幻 s i et 】E E E , 2(X) 2 : 57 6 13 Y an 3 1a , J os e K A , N eo C P , e t al . E x pe ir men tal i vn es t iga - t i o n ` o f nu e or v v a v e a bso r反 r iw th f s s 印 1映妇d司 i n c a r 比n if 映 r 印 n l因s i t已 M e or vaw e (为t ica l 尸 R犯 1加1 0 g y eL t t , 20 0 2 , 3 2 ( 4 ) : 24 5 14 eT llak aul R A , S ha Y , V i伪y K J , e t al . aC r 比n nao t u 块 、 , f ill e r s , 阴d F哭 as 四t ent ial E M a bso 故 r s . 与皿t tS ur e t uer s a n d 入七 t e ir a l s : 阮祖 n Elec t p o n l e s , 州田N巧 , 残。 州E[ N IS , 胡d N姗 tec l l n o l o g y , 20 0 3 : 3 5 6 15 助 vuar C hi 永ar vart y , ajR 肠 t tar , Ne il R hi xl e s Wil li asrn . (如 t h e a p Pl ica t i o n o f t h e 网 e or g en t i e al go ir r l加 t o t he des l即 o f b 代) a (生 - h 川 d ha e vowaer a b以 〕奴 r s co m p ir s i眼 f r因 u e cn 犷 、 e l代 2 1、℃ 、 、 l r fac es en l lx 妇d司 i n m u l t il a y e edr di e lec t ir e n l 找 1 1a . 11二E l仁 ` I,r a n 减, e - it osn on iM叨wa ve hT oe yr 尸 五笙 ha qu 邵 . 20 川 , 4 9 ( 6 ) : l() 5 O 16 聂彦 , 冯则坤 , 张秀成 , 等 . F S 在吸波材料 中应 用的实验 研究 . 华 中科技大学学报 , 2 0 0 4 , ( 5 ) : 5 0 17 W ar 取 Z L , e t al . F明 u e nc 犷 s e l ec t i v e 、 u fr a ce fo r nu e or wa v e 因w e r t ~ im s i叭 肠 c or wa ve T h印yr 山1d 不沈h in q ue . IE E E 肠姗 , 19 99 , 4 7 ( 10 ) : 20 3 9 18 N dd e r F a r a ha t , ajR 陇 t t ar . A na l邓1 5 o f f明 u e nc y s e l代t ive s u r - f a e e s u s i呢 t he f iin t e id ffe encsr t ime d o n 坦I n ( R 了r l ) ) me t l l以 1 . 】E E E , 20 0 2 : 5 68 19 Y u W e hn au , uS p ir 扣 块y , ajR 陇 tt ar . M 浏 e li咫 o f 洋 ir 仪l te s t ur e t u esr u s ign th e f iin t e id f fe r e n c e t ime d o n 班i n ( F D TI) ) . l匕艺艺 , 1 9 9 9 : 5 9 4 20 葛德彪 , 闻玉波 . 电磁 场时域有限差分 方法 . 西安 : 西 安电 子科技大学出版社 , 20 0 2 21 I s t van 压 dr i , 凡 e ha r d R ensr 拓 , 氏vi d P e叮 , e t al . P lan e aw v e cas t t en 眼 f ~ f r因 u e n C y ` elS ce t i v e s u fr a e e 妙 t h e fiin t o e l ~ n t n 祀 t ih 妇 . IE E E I七孙” N坛卯 , 2 0 0 2 , 3 8 ( 2 ) : 64 1 2 2 Y由1 9 L i , X u Sha lj i a , W u 为耐i a l崛` M u l t jm 叼 e n et wo kr an l - 邓1 5 f o r f明 ue cn y sel cet ive e ha 阳e et ir s t ics o f di e lce t r i e 伴ir 记 l e s t ur e t uer iw ht ar bi t r ar y Por if les . IEEE , 19 9 8 : 10 4 9 2 3 州凶陷 ar G , M o no cr ihO A , 珑 tt ar R . F r叫 u e cn y s e l代 t l v o s 、 一r 王: 、c 。 d e s i即 l犯 , 妇 o n g en t i e a l即ir t ih l、 E!代 t or n l e s l尤 t t . 19 9 9 , 3 5 ( 17 ) : 1 4 0 0 24 黝vaur C卜企江a v a 川 y , ajR 肠 t t .ar A p p l l ca t i o n o f t he im e -or g e - en t i e al 即ir t hln t o th e des i , o f s哪 t ial f il t e乃 铂 th f明 u cen 犷 s e - lce it ve s u fr a e se e m】袱 ld司 in id le e c t ir c r n仪 li-a I F F F rT a r l s lE ce - t Or anT gn e t i e Q )nr 始I t i bi li t y , 20 0 2 , 4 4 ( 2 ) : 33 8 2 5 3 vaur C ha k r a v叭 y , ajR 陇 t t ar , N e il Rh cx i es W il li ~ A p Pli - ca t lon o f a im e n ) g e ne t i e al 即ir t l l l l l ( M G A ) t o t h e d e s i助 〔) f b找犯庄 族m d 浏 e or aw v e a t别叔 r s u s i眼 m u 】t ip l e f明 u e n e y 5 0 1仪 - t ive s u fr a e e cs r 贬犯 n ` b un 司 i n id e lce t ir cs . IE E E I’r a n s 九 、 r e n l l a s P or l刀g a t ion , 20 0 2 , 50 ( 3 ) : 284 ( 责任编 辑 石 咏 )