频率选择性表面与吸波蜂窝宽带复合结构的设计

Fan He, Kaixuan Si, Rui Li, Dace Zha, Jianxiong Dong, Ling Miao, Shaowei Bie*, Jianjun Jiang*, Frequency selective surface composites with honeycomb absorbing structure for broadband applications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 2022(in press).

一、研究背景

一直以来，吸波体向着“薄”、“轻”、“宽”、“强”的方向不断发展。而传统单层频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)吸波体的基底为无耗芳纶蜂窝，其吸波带宽受到全反射点的限制，而采用有耗的基底能够有效抑制全反射点。因此设计了一种以有耗吸波蜂窝作为基底的单层FSS吸波体，有效地拓宽了吸波带宽。

二、工作介绍

近日，华中科技大学江建军教授团队设计了一种新型的FSS与浸渍蜂窝复合结构。该复合结构的示意图如图1(a)所示，该结构由三部分组成：顶部的电阻膜型FSS、中部的半浸渍吸波蜂窝结构和底部的金属底板。他们利用传输线理论和等效电路对复合结构进行了分析。相较于传统的无耗蜂窝作为基底的单层FSS吸波体，其带宽获得了明显的拓宽，其吸波性能如图(2)所示。

图1 (a) FSS与浸渍蜂窝复合结构示意图, (b)和(c) 等效电路结构

图2 不同厚度的复合结构反射率曲线

此外，为了进一步降低复合结构的反射率，该团队又对复合结构进行了优化，在吸波体基底中引入梯度吸波蜂窝结构，如图3(a)所示。通过这种方式，基底的输入阻抗得到了优化，可以与FSS阻抗更好地匹配，从而进一步降低了复合结构的反射率。FSS与梯度蜂窝复合结构的反射率曲线如图3(b)中红色曲线所示。

图3 (a) FSS与梯度蜂窝复合结构示意图，(b) 复合结构反射率结果对比

三、工作总结

作者所提出的频率选择性表面与吸波蜂窝宽带复合结构，通过抑制传统单层FSS吸波体的全反射点，获得了非常好的宽带吸波特性。值得一提的是，这种设计思路可以延伸至多阶梯度蜂窝基底与FSS复合结构，从而实现更优的吸波性能。这也使得频率选择表面吸波结构在隐身领域具有更好的应用前景。

四、作者简介

通信作者：江建军教授，博士生导师。1995年毕业于中国杭州浙江大学，获博士学位。 1997年至1998年在韩国科学技术高等研究院(KAIST)做博士后。 1998年至1999年，以色列理工学院(Technion Israel Institute of Technology)博士后。1999年至2000年，任赫尔辛基工业大学高级访问学者。2001年起任华中科技大学光学与电子信息学院教授。他是智能电子研究所的负责人。主要研究方向:频率选择表面分析与设计、智能雷达吸波材料和频率选择吸波材料的设计与机理、雷达截面缩减、有源元件建模、吸波材料的制造与应用。他撰写/合著了230多篇文章和三本学术专著。

通信作者：别少伟副教授，博士生导师，1998年毕业于西安理工大学，获理学学士学位，2008年毕业于华中科技大学，获凝聚态物理学博士学位。2012年以来，他担任华中科技大学光学与电子信息学院副教授。目前主要研究方向为人工电磁结构、频率选择表面、雷达吸波材料、天线阵列和电磁兼容。

第一作者：何凡，2017年获武汉理工大学材料科学与工程学院学士学位。他目前在华中科技大学攻读微电子学和固体电子学博士学位。主要研究方向为雷达吸波材料、频率选择表面。

第一作者：司凯旋，2019年毕业于华中科技大学电子科学与技术专业，获工学学士学位。 他目前在武汉华中科技大学攻读博士学位。主要研究方向为雷达吸波材料、频率选择表面。