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基于网格状金属地的宽带透明微波吸收体的探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:45254
  • 论文编号:
  • 日期:2023-01-17
  • 来源:上海论文网

工程论文哪里有?本文选择了透明度较高且运用广泛的双方环的结构作为损耗层,接着对双方环的等效电路进行了分析,并且将结构和全金属面接地的微波吸收体进行对比分析,发现二者的误差很小,只有在高频处稍有影响。最后将损耗层和栅格状金属层进行级联,在HFSS软件和ADS软件中进行分析,发现在这两个软件中的吻合度都较为良好。

第一章 绪论

1.2 国内外研究现状

随着现代通信的快速发展,微波吸收体的性能要求也越来越高,从本文的课题出发,做了一下几个方向文献的调研:(1)印刷导电墨水的微波吸收体;(2)网格状金属层的研究;(3)带通微波吸收体的研究。

1.2.1 印刷导电墨水的微波吸收体的研究

在本文中,因为采用的透明的树脂材料和透明的亚克力材料,所以不可以采用一些需要高温印刷技术的方法。经过调研发现,近年来人们经常使用导电银浆来焊接和修复一些精密的仪器和不能高温烘烤的设备上。而导电银浆在整体上是属于导电油墨。所以,在本文中,先对一些采用导电油墨的微波吸收体的文献进行调研。其中,采用PLA材料的结构是不耐高温的,所以本文对一些采用PLA材料的微波吸收体是如何印刷电路结构的展开了研究。

2018年Chun-Ang University的Saptarshi Ghosh团队[12]设计出使用3D打印技术、以聚乳酸(Polylactic acid,PLA)为材料的六边形蜂窝为中间的承载层,损耗层为双方环结构、是由有损耗的电阻墨水均匀涂抹而成,接地面是一个铜制金属层。这个微波吸波体在5.52 GHz~16.96 GHz有90%以上吸收,相对带宽为101.78%,是个宽带吸收体。这种3D打印结构的机械强度高,实际中可承载大重量物品,这是传统工艺也达不到的,但是缺点是对入射角敏感。

第三章 网格状金属地的研究

3.1反射型网格状金属地的设计

3.1.1 结构的设计过程

首先本文将微波吸收体的吸收带初步定在了1 GHz~8 GHz之间,如果在低频处想要实现全吸收特性,由前面的原理可知,就要使得入射电磁波没有透射。接地面通常就会采用全金属接地面,一般采用的是铜制的金属接地面,如果采用的是全金属接地面,那么本结构就不会具有光学透明性。所以,从文章的频段出发,可以采用高通型的频率选择表面作为接地面。首先去了解一下入射电磁波入射到金属栅格时的理论。

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如图3-1所示,当入射波垂直入射到金属栅格的表面,电场方向和金属栅格垂直的时候,在低频处,波长相对于金属栅格之间的距离来说,是比较长的,所以电场的变化周期是比较长的。这样一来,电子的变化就会比较缓慢,这样就不会产生动能,所以,大部分的电磁波可以通过。而在高频处,因为波长相对于金属栅格之间的距离来说,是比较短的,所以电场的变化周期比较短,这样的话,电子就会来回的被驱动,产生大量的动能,基本不会有电磁波能量透射过去。所以当电场方向和金属栅格垂直时,整体来说,在低频处,电磁波可以通过,在高频处,电磁波大部分被反射,呈现的是一个低通的特性,所以可以等效成一个电容的等效电路。

第五章 带通型透明微波吸收体的研究

5.1 引言

在前面的章节中,分析了带通型微波吸收体的接地层的结构。带通型微波吸收体,具有在特定的频段内电磁波是可以透射过去,在通带外吸收的特性。一般情况下,带通型微波吸收体由损耗层、介质层和带通层组成。损耗层负责吸收入射的电磁波能量,而带通层工作在吸收带的频率的时候,可以等效成全金属板,电磁波能量会反射回去到损耗层,一般设置中间介质层的厚度为四分之一中心工作频率波长,这样会形成一个良好的吸收。当微波吸收体在通带的时候,带通层则可以看成开路,以此来增加微波吸收体的透射带宽,一般情况下,为了增加透波率,中间的支撑介质的相对常数要尽可能的等于自由空间的介电常数。在设计结构的时候,可以通过运用电路模拟吸收体来设计损耗层,再通过谐振频点来设计带通层,也可以先设计带通层,在通过带通层的阻带和谐振频点来设计出损耗层,以此来设计出吸波带。

在本篇文章中,运用的是第二个思路,先设计出了透明的带通层,再通过带通层的谐振点和吸波频段来设计出损耗层的结构。

5.2 损耗层结构分析

5.2.1 等效电路的研究

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首先先分析不加载集总电阻的缝隙十字型结构,十字缝隙型结构可以等效成L1、C1串联之后和一个L2、C2并联电路进行串联的电路,加入电阻R1只需要和L1、C1进行串联即可。

但是经过ADS软件进行等效电路的分析发现,在高频处的等效电路始终对不上,即等效电路和全波仿真软件HFSS的结果不吻合,特别是在高频处的时候。有一个原因是整个十字缝隙型结构在加入集总电阻之后,四个支腿不可避免的产生了耦合,为了使得等效电路更加的吻合结果,接着并联了两个L、C串联的电路,这样分析发现,结果基本吻合了全波仿真软件中的结果。

第六章 总结与展望

6.2后续工作与展望

由于本人的水平限制和攻读硕士期间时间上的限制,仍有许多问题需要进一步分析和研究。

对于具备一定光学透明性的微波吸收体来,本论文仅构建了全频段吸收的微波吸收体和带通型的微波吸收体,并且构建了二者的等效电路模型。没有对别的类型的微波吸收体进行研究,例如高通型的微波吸收体之类的。并且没有详细的分析网格状金属层带来的一些额外的耦合,仅分析了本文的一些实例。

以上是本论文还未分析的一些细节问题,但目前来说具备一定光学透明性的微波吸收体的研究前景还是较为广泛的,对不同的类型的网格状金属层进行探究,以此来适应于不同的应用场景,并且以后可以用更加精准的印刷技术来增加光学透明性。

参考文献(略)

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