隨機分布電阻貼片構成的頻率選擇表面吸波特性研究

由于很難直接從這種RDFSS結構計算出其等效電參數，我們采用基于有限元法的電磁波全波分析商業(yè)軟件進(jìn)行仿真。如圖3所示，單元四周四個(gè)邊界條件分別設成對的理想導電面(PEC)和理想導磁面(PMC)，平面電磁波垂直入射。

針對C-X波段，設單元尺寸為6cm×6cm。圖4所示為P=10、20、30、50時(shí)周期表面的反射系數，可以看出RDFSS呈現多點(diǎn)諧振，且反射率隨著(zhù)表面占有率增加而統計上升。這兩點(diǎn)，都是在設計寬帶吸波材料時(shí)所需要的特性。

2 新型吸波結構設計與數值仿真

單元尺寸不變，將一定表面占有率的RRDFSS附著(zhù)在厚5mm的基層上，如圖5所示，基層選用，樹(shù)脂介質(zhì)，底層為金屬底板。

為研究表面占有率對這種吸波結構的影響，我們計算了不同表面占有率下吸波結構在平面波照射下的反射系數，此時(shí)表面電阻設為50歐姆，如圖6所示。顯然，開(kāi)始時(shí)吸波性能隨表面占有率的增加而提高。當表面占有率增大到一定值以后，反射率反而隨著(zhù)表面占有率的增加而增大了，這個(gè)閥值由圖中來(lái)看，存在于30%左右。因此，表面占有率是設計這種新型吸波材料時(shí)一個(gè)重要的優(yōu)化參數。

將表面占有率定為30%，研究不同表面電阻率下RRDFSS構成的吸波材料的吸波特性，結果如圖7所示?？梢?jiàn)，表面電阻率對RRDFSS吸波結構的帶寬和吸波性能都有很大的影響，根據所需的性能選擇合適的表面電阻也是實(shí)際設計時(shí)的一個(gè)重要方面。

最后我們考察了表面占有率、表面電阻相等且相同分布函數條件下，隨機生成的幾種分布形式的RRDFSS對吸波特性的影響，見(jiàn)圖8。結果表明，吸波性能會(huì )受到一定程度的影響，尤其是吸波峰值出現的頻點(diǎn)。分析認為，不同分布形式下，貼片相互接連組成了不同形狀的諧振元，從而影響了諧振頻點(diǎn)，表面在反射率—頻率曲線(xiàn)上就是吸波峰的差異。但相對于前兩個(gè)參數來(lái)講，對吸波性能的影響處于次要位置。

從RRDFSS的設計思想和以上一系列的仿真分析可以看出，隨機分布電阻貼片構成的頻率選擇表面可以用來(lái)實(shí)現較寬頻帶內的吸波結構。其表面占有率、表面電阻率對吸波性能都有較大的影響，另外貼片分布形式對吸波峰的分布存在一定影響。

3 結論

本文用有限元方法仿真分析了隨機分布電阻貼片構成的頻率選擇表面應用于吸波材料設計的可行性。討論了表面占有率、表面電阻率以及分布形式對復合材料反射率的影響。仿真結果證明嵌入這種新的FSS結構可以很好的改善復合材料的吸波性能?？梢灶A見(jiàn)，進(jìn)一步對RRDFSS隨機分布的統計特性、單元剖分等參數進(jìn)行優(yōu)化，將能設計出頻帶更低、尺寸更小的新型復合吸波材料。