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电路模拟吸波材料中FSS的研究进展 1 引言 在现代战争中，雷达是主要的探测手段，所以为了应对雷达，各国都在加大雷达隐身武器的研究，技术核心就是减小雷达散射截面（RCS）,而降低RCS的主要手段就是在雷达探测目标上运用吸波材料。隐身飞机，隐身潜艇，隐身导弹，隐身坦克的相继出现使得现代战争进入新的领域。除了军事方面，由于现在电子设备的大量运用，设备之间的电磁干扰的出现也影响着其运行。于是民用方面的吸波也有大量的运用，如安全防护、抗电磁波干扰、微波暗室、信息必威体育官网网址和电磁兼容等。 1 引言 对于吸波材料的主要要求就是：薄 宽 轻 强近年来，各国科研人员加大了对吸波材料的研究，出现了各种新型的吸波材料，如电路模拟材料吸波、纳米材料吸波、智能材料和手性材料等。本文主要介绍了近年来在电路模拟吸波材料中频率选择表面（FSS）的研究进展。 2 吸波机理 目前对于吸波的各个研究都是围绕两个要素 :一：最大限度的吸入入射波而不被反射；二：能迅速的使进入内部的电磁波被吸收衰减 。 首先要使电磁波最大限度的进入材料内部而不被反射需要进行阻抗匹配，即采用特殊的边界条件与空气阻抗匹配。对于垂直入射的电磁波，要实现阻抗匹配，涂层的相对磁导率 要和相对介电常数 相等。 2 吸波机理 电磁场的传输理论，对于单层吸波结构有： 其中Z为电阻层阻抗， 为介质的本证阻抗， 为传播常数。涂层表面振幅反射率 可用下式计算： 其中 为自由空间的波阻抗，所以有上面公式可得当 时，反射系数为0。所以符合阻抗匹配的条件 。 2 吸波机理 其次是电磁波进入吸波涂层后吸波涂层需要足够高的电磁损耗，使得电磁波迅速的衰减转化为机械能、热能和其他的一些能量即材料需要足够大的介电常数虚部或磁导率虚数。一般吸收型涂层的反射率不为0，但是它比干涉型涂层的响应频带要宽。 3 频率选择表面（FSS） 将有耗介质和FSS（电路屏）复合成的吸波材料叫做电路模拟吸波材料，FSS通常是二维周期性的贴片、孔径或槽型的电振子结构，由于这种结构对不同频率的电磁波有不同的反射能力，所以FSS可以选择性的过滤电磁波。如前面提到的，FSS的单元可以是贴片、孔径或槽型，FSS单元几何形状比较丰富，如偶极子形、十字形、方形、圆形或Y形，还有一些六边形和最近的一些双方形 （如下图） 3 频率选择表面（FSS） 3 频率选择表面（FSS） 从报导的来看按材质FSS通常分为金属型和电阻型。 3 频率选择表面（FSS） 不同类型的FSS单元基本上呈现 4 种标准的频率特性,即带阻、带通、低通和高通。4类滤波器的传输特性见图 3所示。这4种基本的滤波器可以通过混合设计而产生其它独特性能的FSS。研究发现，孔径型FSS在低频反射来波信号，在高频传输来波信号( 类似于高通滤波器)，而贴片型FSS则在低频传输来波信号， 在高频反射来波信号( 类似于低通滤波器) 3 频率选择表面（FSS） 4 理论研究 传输线法 ：用等效电纳代 替方格栅型FSS，采用 S.W.Lee等提出的公式计 算FSS电纳，用传输矩阵 计算材料表面的反射率 4 理论研究 对于单层材料而言，只有感性FSS才能减小材料表面的反射率；对于多层材料而言，利用多层结构可不受FSS感容性的限制，可得到比单层更好的宽带特性。传输线法的优点是模型简单、计算量小。缺点就是适用范围小，对FSS的尺寸和厚度都有要求。 4 理论研究 有限差分（FDTD）法 ：利 用FSS周期单元模型和FSS与 有耗介质的一系列参数，就可 计算出电路模拟吸波材料的反 射率。FDTD法的缺点就是占 用计算机资源大，计算周期单元的尺寸不能过大。随着近年来计算机性能的提高和时域差分法的逐渐成熟，FDTD法得到广泛的运用。 5 FSS的优化设计 对于FSS的优化设计是很一个很重要的环节，直接关系到所研究的FSS能否符合工程应用标准。对于一个各参数没有明确数学关系的FSS结构来说，一个合理、有效的优化设计方案能节省大量的时间和人力物力。FSS优化设计中应用最多的就是遗传算法（Genetic Algorithm-GA），是基于生物遗传学的全局优化方法 。 6 实验研究现状 国内外的专家学者对FSS吸波材料做了大量的理论研究和实验探索，也得到了一些成果。 邢丽英等人实验研究了不同尺寸电路模拟结构对吸波复合材料吸波性能的影响，结果表明：吸波复合材料体系的最大吸收峰随电路屏尺寸n、c的增加向低频方向偏移 6 实验研究现