准周期阵列主动式吸波结构及其微波吸收特性调控机理研究

主动式吸波结构是在传统频率选择表面单元图形间加载一系列阻抗元件构成的新型有源频率选择表面（AFSS）。在构建准周期阵列吸波结构的基础上，对可调吸波体阵列开展有效传输线建模，提取相关有效电磁参量，进行电磁协同仿真，由此建立主动式吸波结构设计方法；系统地研究调节AFSS各阻抗元件的组态和动态范围的实现技术，探讨AFSS微波特性的大动态可调可控机理；进一步分析各微波参数对吸波体微波吸收特性作用机理，实验验证微波吸收特性调控有效性，归纳总结提出实现有源频率选择表面的宽频带、微型化、简单、快速、灵敏的调控方法。本项目将为新一代智能吸波结构与系统应用、可调空间滤波器、智能天线和可调电磁屏蔽墙等相关设计研究提供相应的理论和技术支撑。

本项目针对智能吸波、敌我识别的应用需求，力求解决能够实现可调幅度大、可调频带宽的新一代主动式智能吸波结构问题，已完成了吸波机理、仿真设计、调控技术等理论和实验研究, 为满足装备系统对应对复杂多变的电磁环境的奠定坚实的理论和技术基础。. 理论上，基于传输线等效模型，在理论上分析通过调节周期阵列单元图形大小、拓扑结构、有源控制元件类型、隔离层厚度和电磁参数，总结对电磁反射特性的变化规律，提出了微波反射特性动态调控机理。进一步探索了像素化频率选择表面设计、直接图解法设计方法，结合智能吸波结构要求，还研究了雷达频谱压缩感知理论与技术在FSS潜在应用价值。实验上，系统地实验验证电磁反射特性大范围可调可控技术，已设计制作出典型准周期阵列吸波体结构。. 本研究主要理论成果和典型主动式智能吸波设计应用总结如下：. 本项目基于压缩感知理论，建立稀疏多频带雷达信号模型，设计多频带频谱测量算法。仿真验证表明，可以在远低于传统奈奎斯特采样速率的情况下对雷达信号进行采样，结合特别设计的频谱测量算法，可精确获得稀疏多频带雷达信号的频谱信息。. 本研究提出了基于元件加载的像素化频率选择表面（简称为RPFSS）。考虑到金属像素点和加载电阻的位置匹配关系，采用分布估计算法对频率选择表面进行优化设计，是一条可以应用于基础图案的优化设计途径。. 本研究设计了一种类蝶形图案，通过理论计算与仿真优化，最终选择确定图案尺寸类蝶形图案，如图25所示，可以实现0.7~1.9 GHz频段达到-10 dB以下。针对P波段和L波段可以有较好应用效果。. 结合双自由度可调设计思想和射频可调微电子器件，采用变容二极管与PIN二极管实现了对电容和电阻的值调节，实现了1~5 GHz宽带可调的吸收特性，实现L波段和S波段可以有较好应用效果。. 设计制作出可应用于C波段的多功能反射/吸收切换屏，在复杂应用场景下，通过切换开关进行反射和吸收状态快速切换。开态，呈现强发射体；关态，呈现宽带强吸收状态。