在阻抗匹配方法中,传输线理论通常采用近似电磁波通过空气传播的马和一个材料。一般来说,马的RL层由完美的电导体(压电)地面板块可以写成 1] (1) R l = 20. 日志 ⁡ Γ = 20. 日志 ⁡ Z n - - - - - - η o Z n + η o , 在哪里 Γ 反射系数, Z n 马的波阻抗材料, η o 是空气中的波阻抗。配置一个平层的马同质材料由压电陶瓷,RL可以写成( 1] (2) R l = 20. 日志 ⁡ Γ = 20. 日志 ⁡ µ / ε 双曲正切 ⁡ j 2 π f d / c µ ε - - - - - - 1 µ / ε 双曲正切 ⁡ j 2 π f d / c µ ε + 1 。 在这个配置中,马RL和微波吸收性能取决于材料的厚度, d 马,电气性能的材料, μ 和 ε 。提高RL平层的配置,可以利用分级界面,可以通过逐步加载马材料生产逐步波阻抗变化。锥体形状结构也被用来实现这一渐进的波阻抗变化。这两种技术可以一起使用达到更好的阻抗匹配和高马性能在消声室( 15]。堆叠层的另一个方法提高阻抗匹配和RL带宽MA结构( 2]。图 1显示了一个示意图的单引号和双平面压电层由地面飞机。在这样的平面配置、微波吸收性能可以通过操纵调制层厚度,可以推断出从( 2单层的)。

事实上,被广泛提出,研究介质圆柱阵列在光学领域增强材料的光学性质( 16]。光吸收材料比微波机制不同。尽管如此,使用CDR阵列的原理是利用在这个工作提高材料性能。介质谐振器(DR)被广泛用作天线在通信应用程序 17]。作为天线,通常是由博士低微波和射频介电武术的损失和高相对介电常数。与天线博士,这项工作我们实现材料与高电和磁损失构建CDR数组像马吸收结构。在这种方法中,CDR的入射电磁波夫妇在多个共振频率(模式),在那里他们在CDR字段部分局限和吸收。不同的模式可以兴奋在CDR,取决于它的几何形状和尺寸。单个CDR的压电陶瓷地平面以下近似可以用来找到共振模式( 18]: (3) f T 米 n p 米 f T E n p 米 = c 2 π r ε µ X n p ′ X n p 2 + 2 米 + 1 π 一个 2 h 2 , 在哪里 f T 米 n p 米 是 T 米 n p 米 模式的频率, f T E n p 米 是 T E n p 米 模式的频率, X n p ′ 是 p th的根源 n 阶贝塞尔函数导数, X n p 是 p th的根源 n 阶贝塞尔函数, r 是半径, h 分别是CDR的高。这种近似是有效合理的准确性为单一的物理维度(CDR范围内 18]。CDR的数组,这个近似可以在稀释的情况下使用CDR数组。密集的情况下阵列,CDR是重要的之间的相互耦合,耦合模式开始兴奋( 19,近似给出了( 3)不是很有效的预测不同的共振模式可以出现在数组结构。然而,我们的重点在这工作是证明马提高材料性能的概念,通过形成马材料CDR数组的形式结构,使用数值方法。然而,CDR近似方程可以用来预测的共振模式和操作频率的范围MA-CDR数组。

MA-CDR数组被无限的二维数组的建模 X 和 Y 方向和安排在相同的圆柱组成的平方晶格结构,如图 2(一个)所示。马的圆柱是由材料与已知的微波特性来自[ 13]。这种材料是一种复合材料,加载的技术材料,Fe20Ni8,相对介电常数的~ 16 ~ 28日和相对渗透率的1.8 ~ 1 - ~。在这项工作中,我们应用该技术在这种马复合材料,进一步提高其性能,这是本研究的主要目的。值得一提的是,所选的材料色散;因此其微波频率相关特性利用查找表实现的模拟。实现无限二维数组在模拟域,我们实现一个单位细胞与周期性边界条件 X 和 Y 的方向。完美的磁墙(麻省)和完美的电导体(压电)墙是强加的模拟域单元单元如图 2。数组的维度和CDR见图 2,相同的CDR元素排列在广场晶格结构与时间分配(晶格常数) W 信。在这工作,正常的平面波入射假设阵列,作为显示在图 2(一个)。

提出MA-CDR阵列的性能量化RL频谱的带宽和数组的吸光度计算 一个 ( ω ) = 1 - - - - - - T ( ω ) - - - - - - R ( ω ) ,在那里 T ( ω ) 透光率和 R ω 是反射。散射参数用于计算 T ( ω ) 和 R ( ω ) ,在那里 R ( ω ) = | 年代 11 ( ω ) | 2 和 T ( ω ) = | 年代 12 ( ω ) | 2 。由于结构由导电地平面,透光率, T ω ,= 0和吸光度降低 一个 ( ω ) = 1 - - - - - - R ( ω ) 。

在有限元法,模拟域离散为子元素。麦克斯韦方程解的准确性取决于离散化仿真域的分辨率。从理论上讲,离散化可以根据需要设置为好。然而,极其的高分辨率离散化需要大量计算资源,内存和时间,变得非常大。为了获得合理的仿真结果的准确性,使用合理的计算资源,域离散化决议应该设置为特定值。为此,我们在不同的离散化运行解决方案的收敛性分析的决议。基于软件使用自适应网格算法离散化仿真3 d域到四面体子元素。四面体边可以设置的最大长度不超过一定的值,这决定了离散化的决议。对于该数组,我们进行了收敛性分析的解决方案在不同的离散化步骤大小。在这个分析中,四面体边缘设置的最大长度是0.1毫米到1.0毫米,0.1毫米增加每次运行。 The results in Figure 3(一个)显示数组的RL谱半径2.2毫米,5.0毫米的高度,和5.7晶格常数,计算在不同的离散化的决议。图 3(b)显示了RL的放大部分光谱,谱线的位置对应于如图的离散化水平 3(c), CDR的顶视图2.2毫米半径不同的离散化一步尺寸如图 3(c),一个可以看到解收敛于共振频率在离散化步长0.5毫米,这是0.25%的CDR半径。然而,保证结果的准确性不同维度的数组,我们设置了最大离散化一步CDR半径的10%所有的模拟工作。

由于缺少微波测量设备在当前时间,为了验证仿真结果,我们进行了模拟不同的出版作品和比较我们的仿真结果。在以下环境我们展示这些发表的结果之一,而我们的仿真结果。的设置工作发表在马的形式层由压电陶瓷地平面的插图所示图 4,从 13]。好协议仿真结果与[ 13)获得,如图 3。这种对比表明,仿真设置用于这项工作和结果非常准确和真实。

拟议中的MA-CDR阵列设计有三个自由度:半径和高度的CDR和数组的晶格常数。在确定这些参数是关键元素的吸收强度和RL频谱宽宏大量,将部分所示 4。确定数组博士的不同参数的影响在其性能作为一个妈妈,我们采用了参数化分析。我们选择修复两个参数的值在时间和扫描其他值,探讨独立于其他每个参数的影响。当前材料研究下,参数的范围是被1到5毫米的半径值1毫米增加一步,1 - 14毫米的厚度值与1毫米增加一步,5 - 7毫米,0.1毫米的晶格常数的值增量的步骤。计算RL队GHz的频率范围为0.1 GHz增量的步骤。

研究CDR高度对阵列性能的影响独立于其他参数,数组的晶格常数和CDR的半径是固定的特定值, W = 15 毫米, R = 5 毫米。图 5显示了RL山峰转向更高频率的CDR高度增加。这种行为可以与相关的CDR的共振模式,可以推断出从( 3)。给定晶格常数和CDR半径值,一个可以看到RL最优值在某些CDR高度和带宽,并没有必要,随着高度增加了RL增强。RL值低至50分贝−出现在~ 5 GHz MA-CDR数组13毫米的高度与10分贝~ 4 GHz带宽和~ 2 GHz 20 dB带宽。可以看到另一个吸收峰在16 ~ GH 10分贝带宽在哪里~ 3 GHz (~ 15—GHz)和20 db带宽~ 1 GHz。数组的吸收水平,CDR的13毫米的高度,超过范围的90% ~ 3 GHz ~ 7 GHz ~ 15 GHz 18 GHz。~ 4 GHz范围的6 GHz ~ 15到17个GHz,超过99%的吸收水平。可以看出,高度可以控制RL峰值位置,价值,和带宽的RL。出于这个原因,CDR的高度数组中可以利用调整MA-CDR数组的操作频率范围,特别是在没有任何限制的高度数组。

一个CDR的半径是一个关键的元素在决定其共振频率,它适用于MA-CDR数组。方程( 3)显示频率共振模式的依赖在CDR的半径值。MA-CDR阵列,这种依赖性仍然有效,但单一的CDR近似,因为在( 3),是不太有效的确定数组的共振频率值。研究的影响半径值的CDR的总体性能MA-CDR数组,我们进行了模拟与固定数组的晶格常数和高度。图 6显示的效果越来越CDR的半径的数组与身高5毫米和6.6毫米的晶格常数。RL转移到一个更高的峰值频率随半径。这一趋势可以预测(CDR近似的 3)。然而,RL的峰值频谱的价值不仅是由半径和MA-CDR的高度,而且相互之间的耦合的CDR数组。两个高峰出现在队GHz的范围可以归因于CDR的共振模式。如图 6所示,半径有很大的影响基本模式的位置,而它有轻微的影响上面的模式。的晶格常数2.2毫米6.6毫米和CDR半径、20分贝的RL带宽~ 5 GHz (~ 9 GHz ~ 14 GHz),这意味着99%的入射电磁波的吸收,如图 5。

在前面的小节中,CDR的高度和半径MA-CDR数组被证明,在CDR近似方程可以用来预测这两个参数的影响。在本节中,晶格常数的MA-CDR数组。你可以看看晶格常数为CDR[距离的差距 17]。这个距离之间的相互耦合的过程中发挥了重要作用邻CDR数组中。从图可以看出 7的峰值位置RL高度依赖晶格常数。在这个图中,晶格常数的值是5和7毫米之间逐步改变数组的4毫米高度和半径2.3毫米CDR。晶格常数的值对RL谱水平有显著影响,操作频率和MA-CDR RL带宽的数组。可以看到RL 10分贝的频谱带宽的~ 10 GHz(从~ 8到18 GHz)达到5.8毫米的晶格常数的值,如图 7所示。

在前面的部分,展示数组维度MA-CDR性能的影响,MA-CDR数组在某些维度的RL光谱值显示。很明显,阵列的性能取决于其物理维度的组合值。获得最优性能,在吸收水平和RL带宽,需要进行优化的三个参数。我们采用参数分析这项工作为了找到数组的最优性能,探索阵列性能的潜力。我们选择了10分贝带宽作为最优性能的标准。数据 8(一个)和 8 (c)显示两个最佳RL光谱MA-CDR数组在两种不同组合的高度,半径和晶格常数的值。5毫米高度和7毫米晶格常数,10分贝带宽高达10.2 GHz (4.8 - 15 GHz)是实现当半径是2.7毫米。在这个范围内带,如图吸收超过90% 8 (c)所示。更提高阵列的性能,在带宽和吸收水平,可以通过减少阵列的高度和晶格常数如图 8 (b)所示。它可以表明,带宽和吸收水平增强,在12.2 GHz 10分贝带宽实现当半径是2.3毫米。值得一提的是,99%的吸收水平的范围也可以达到7 - 9.6 GHz和15.2 - -18.0 GHz如图 8 (d)所示。事实上,图 8显示了工作频率、带宽和吸收水平可以操作的参数值数组。一个重要的观察是工作频率扩展超出了18个GHz限制这项工作所示,如图 8(一个)建议。

比较MA-CDR阵列的性能与平层,图 4,显示了显著增强MA-CDR阵列的性能。