含周期性单元的隐身材料结构布拉格衍射控制及宽带隐身机理与应用研究

According to the requirements of wide-band stealth for aircraft, this project will research the Bragg diffraction on stealth effect rule and wide-band stealth implementation mechanism and the design of the wide-band absorbing for periodic unit stealth material structure, to reveal the electromagnetic coupling mechanism of between periodic unit and material and the influence rule of radar absorbing performance, and establish electromagnetic wave transmission model in the periodic stealth material structure, and establish a control method of Bragg diffraction for periodic unit stealth structure in lossy dielectric, and establish wide-band stealth material structure design method . it will provide stealth mechanism and theoretical basis for new stealth material structure design of aircraft.

根据飞行器宽带隐身需求，本项目针对周期性单元隐身材料结构布拉格衍射对隐身影响规律和宽带隐身实现机理及宽带吸波设计等方面研究的不足，开展基于周期性单元和有耗材料的复合实现宽带隐身的研究，揭示周期性单元与材料的电磁耦合机理及其对吸波性能影响规律，建立周期性隐身材料结构中的电磁波传输模型，掌握有耗介质周期性结构中布拉格衍射的控制方法、宽带隐身材料结构设计方法。为飞行器新型隐身材料结构设计提供隐身机理和理论基础。

针对飞行器宽带隐身需求，在尽量不改变材料成分以及厚度的前提下，拓展吸波材料的带宽以及解决低频电磁波吸收问题成为当前电磁波吸波技术领域的一个亟需解决的问题。含周期性单元的隐身材料结构侧重于利用FSS聚集入射的电磁场，并利用高损耗材料损耗聚集的电磁场。由于这种特别的吸波方式，周期吸波结构有望解决上述宽频吸收难题。本项目主要是围绕含周期性单元的隐身材料结构，针对布拉格衍射对隐身影响规律和宽带隐身实现机理及宽带吸波设计等方面研究的不足，开展基于周期性单元和有耗材料的复合实现宽带隐身的研究，揭示周期性单元与材料的电磁耦合机理及其对吸波性能影响规律，通过对圆形、方形、以及复杂形状的周期性单元隐身结构布拉格衍射机制研究，分析得出FSS阵列结构为避免栅瓣产生而应当满足的最大单元间距，并对周期性单元与吸波材料的复合结构进行了斜入射散射特征分析，仿真结果表明，合理控制周期结构单元间距的方法在避免吸波频带内出现尖峰现象和栅瓣问题上是有效的。同时，建立了周期性隐身材料结构中的电磁波传输模型与宽带隐身设计方法，当FSS嵌入到损耗介质中间位置时会在原有基础上引入新的吸收峰，从而显著拓展传统吸波结构的-10dB吸波带宽，并且能够实现双频段吸波效果。最后，针对斜入射条件下的布拉格衍射现象，设计了复杂形状的周期性单元结构，进行了基于双方环、方形-方环、弯折型小型化缝隙FSS的周期性单元隐身材料结构的宽带吸波性能设计研究与验证，当FSS嵌入损耗材料层中时会引入1-2个新吸收峰，与传统吸波结构原有吸收峰共同作用可大幅拓展2GHz~12GHz波段的-10dB吸波带宽，性能提升效率显著高于常规FSS单元；其中的弯折型小型化缝隙FSS与传统吸波结构原有吸收峰共同作用可大幅拓展-10dB吸波带宽，并由于该单元周期约为矩形贴片单元周期的1/5，有利于抑制周期性单元结构的布拉格衍射效应的出现，提高了传统吸波材料的响应带宽。本项目研究成果可应用于宽带隐身结构设计，提高飞行器带宽性能。