房新蕊 張文武 張清 房亮 張東亮

（中國航空工業(yè)集團公司濟南特種結構研究所，高性能電磁窗航空科技重點實驗室 山東省濟南市 250023）

隨著多層次、全方位、寬譜帶的立體電磁探測技術的發(fā)展，基于傳統(tǒng)電磁吸波材料和外形設計的電磁波隱身技術已經(jīng)難以應對將來對武器裝備的全方位隱身性能的需求，超寬帶雷達、米波雷達的發(fā)展對雷達吸波材料也提出了低頻、寬帶等要求。

電磁帶隙結構(Electromagnetic Band-gap, EBG)是一種具有頻率帶隙的新型周期電磁結構，因其同時具有表面波帶隙特性和平面波同相反射特性，已經(jīng)在微波領域得到廣泛的研究與應用[1-4]。

傳統(tǒng)吸波材料通?；?Salisbury 屏原理設計，將損耗層放置在距離金屬表面 1/4 波長處，有效地吸收入射電磁波[5-8]。如果底板為理想磁導體（Perfect magnetic conductor, PMC），就不再有 1/4 波長厚度的限制，損耗層可以放在離底板很近的位置，實現(xiàn)超薄吸波結構?；诖?，本文設計了電阻膜-EBG 復合吸波結構，并采用有限元算法分別對這種結構的吸波特性進行了數(shù)值仿真分析。

1 吸波材料衰減機理

入射電磁波從自由空間照射在材料上，依據(jù)Maxwell 方程及邊界條件可知，當電磁波垂直入射時，材料界面的復反射系數(shù)為：

圖1：復合吸波結構仿真示意圖

由此可見，要獲得性能優(yōu)良的吸波材料，必須綜合考慮阻抗匹配和衰減匹配2 種因素，尤其是材料的介電常數(shù)、磁導率和厚度參數(shù)等。

2 數(shù)值仿真分析

將集總電阻加載型EBG 吸波結構與電阻膜進行組合匹配，設計了如圖1 所示的復合吸波結構。該復合吸波結構包括基于電阻膜的面層結構和介質層、基于EBG 結構的超薄介質層及其金屬襯底。

如圖2 和圖3 所示，對該結構中的電阻膜和EBG 單元參數(shù)進行優(yōu)化設計，幾何參數(shù)為p=7.3mm，a1=0.81mm，方阻R1=500～800Ω/□；a2=1.72m，方阻R2=340～600Ω/□；a3=3.55mm，方 阻R3=150～300Ω/ □，h1=3.4mm，h2=2.5mm，h3=2.4mm，L=7.3mm；d1=1.23mm，g1=4.02mm；d2=3.46mm，g2=1.26mm，t1=3.45mm，t2=2.55mm。其中，金屬材料為厚度0.018mm、電導率為5.8×107S/m 的銅；中間層為介電常數(shù)為2.2、損耗角正切為0.05的介質板。

仿真結果如圖4 和圖5 所示，復合吸波結構在1GHz -4GHz 平均反射率為-8.8dB，在4GHz -16GHz 平均反射率為-11.3dB，且該結構具有較好的角度和極化穩(wěn)定性。

3 結論

基于多層電阻膜與EBG 設計了一種電阻膜-EBG 的復合吸波結構，通過有限元算法分別對其吸波特性進行了數(shù)值仿真。仿真結果表明：該復合吸波結構，厚度為14.3mm，在1GHz-4GHz 平均反射率為-8.8dB，4GHz-16GHz 平均反射率為-11.3dB，且寬頻范圍內(nèi)具有較好的角域特性。

通過復合結構的匹配設計，可以實現(xiàn)較寬頻帶范圍的阻抗匹配，在兼顧極化無關、寬入射角和寬頻帶的前提下，實現(xiàn)了厚度較薄且強損耗的吸收特性。

圖2：電阻膜單元尺寸結構圖

圖3：EBG 單元尺寸示意圖

圖4：S11 仿真曲線（垂直極化）

圖5：S11 仿真曲線（水平極化）