隨機(jī)分布電阻貼片構(gòu)成的頻率選擇表面吸波特性研究

由于很難直接從這種RDFSS結(jié)構(gòu)計(jì)算出其等效電參數(shù)，我們采用基于有限元法的電磁波全波分析商業(yè)軟件進(jìn)行仿真。如圖3所示，單元四周四個(gè)邊界條件分別設(shè)成對(duì)的理想導(dǎo)電面(PEC)和理想導(dǎo)磁面(PMC)，平面電磁波垂直入射。

針對(duì)C-X波段，設(shè)單元尺寸為6cm×6cm。圖4所示為P=10、20、30、50時(shí)周期表面的反射系數(shù)，可以看出RDFSS呈現(xiàn)多點(diǎn)諧振，且反射率隨著表面占有率增加而統(tǒng)計(jì)上升。這兩點(diǎn)，都是在設(shè)計(jì)寬帶吸波材料時(shí)所需要的特性。

2 新型吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真

單元尺寸不變，將一定表面占有率的RRDFSS附著在厚5mm的基層上，如圖5所示，基層選用，樹(shù)脂介質(zhì)，底層為金屬底板。

為研究表面占有率對(duì)這種吸波結(jié)構(gòu)的影響，我們計(jì)算了不同表面占有率下吸波結(jié)構(gòu)在平面波照射下的反射系數(shù)，此時(shí)表面電阻設(shè)為50歐姆，如圖6所示。顯然，開(kāi)始時(shí)吸波性能隨表面占有率的增加而提高。當(dāng)表面占有率增大到一定值以后，反射率反而隨著表面占有率的增加而增大了，這個(gè)閥值由圖中來(lái)看，存在于30%左右。因此，表面占有率是設(shè)計(jì)這種新型吸波材料時(shí)一個(gè)重要的優(yōu)化參數(shù)。

將表面占有率定為30%，研究不同表面電阻率下RRDFSS構(gòu)成的吸波材料的吸波特性，結(jié)果如圖7所示?？梢?jiàn)，表面電阻率對(duì)RRDFSS吸波結(jié)構(gòu)的帶寬和吸波性能都有很大的影響，根據(jù)所需的性能選擇合適的表面電阻也是實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要方面。

最后我們考察了表面占有率、表面電阻相等且相同分布函數(shù)條件下，隨機(jī)生成的幾種分布形式的RRDFSS對(duì)吸波特性的影響，見(jiàn)圖8。結(jié)果表明，吸波性能會(huì)受到一定程度的影響，尤其是吸波峰值出現(xiàn)的頻點(diǎn)。分析認(rèn)為，不同分布形式下，貼片相互接連組成了不同形狀的諧振元，從而影響了諧振頻點(diǎn)，表面在反射率—頻率曲線上就是吸波峰的差異。但相對(duì)于前兩個(gè)參數(shù)來(lái)講，對(duì)吸波性能的影響處于次要位置。

從RRDFSS的設(shè)計(jì)思想和以上一系列的仿真分析可以看出，隨機(jī)分布電阻貼片構(gòu)成的頻率選擇表面可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)較寬頻帶內(nèi)的吸波結(jié)構(gòu)。其表面占有率、表面電阻率對(duì)吸波性能都有較大的影響，另外貼片分布形式對(duì)吸波峰的分布存在一定影響。

3 結(jié)論

本文用有限元方法仿真分析了隨機(jī)分布電阻貼片構(gòu)成的頻率選擇表面應(yīng)用于吸波材料設(shè)計(jì)的可行性。討論了表面占有率、表面電阻率以及分布形式對(duì)復(fù)合材料反射率的影響。仿真結(jié)果證明嵌入這種新的FSS結(jié)構(gòu)可以很好的改善復(fù)合材料的吸波性能?？梢灶A(yù)見(jiàn)，進(jìn)一步對(duì)RRDFSS隨機(jī)分布的統(tǒng)計(jì)特性、單元剖分等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將能設(shè)計(jì)出頻帶更低、尺寸更小的新型復(fù)合吸波材料。