Salisbury屏的优化设计

第36卷第11期哈尔滨工业大学学报Vol.36 Na. 112004年11月JOURNAL OF HARBIN INSTTTUTE OF TECHNOLOGYNov. , 2004Salisbury屏的优化设计王东方，周忠祥,张海丰，秦柏(哈尔滨工业大学理学院，黑龙江哈尔滨150001 , E mail: wangdfl29@ yahoo. com. cn)摘要:利用多层平板吸波材料对Salisbury 屏进行了优化设计,推导出了相应的反射系数公式,并用实验室自行研制的材料对两层平板吸波材料作为隔离层的情况进行了具体的优化设计,结果表明:既减小了Salish-bury屏的厚度,又保证有较大的带宽,同时有较好的dB值,表明优化设计是合理的.关键词: Salisbury 屏;多层平板吸波材料;优化设计中图分类号: TN972. 44文献标识码: A文章编号: 0367 - 6234(2004)11 - 1499 -03Optimum design of a Salisbury screenWANG Dong-fang, ZHOU Zhong xiang, ZHANG Hai-feng, QIN Bai(School of Science, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 , China, E mail: wangdf129@ yahoo. com. cn)Abstract: Using multi-layered slab absorbing materials, we proceed the optimum design of the Salisbury screenand derive the formula of coefficient of reflection. In addition, we use the materials developed in our own lab todesign concretely double layered absorbing material used for spacer layer, which results in the attenuation of thethickness and has better value of dB and big bandwidth and suggests the optimum design is reasonable.Key words: Salisbury screen; multi-layered slab absorbing materials; optimum design为了提高国防体系中地面目标的生存能力和为A -→0的介质屏放在理想导体的前面,并且由一层武器系统的突防和纵深打击能力,发展和应用隐已知相对导纳的介质隔开,并且介质屏的介电常数e身技术成为军事国防体系发展的重要方向.实现和磁导率μ在z方向是任意的,而在x -y平面是- -致目标隐身技术方法主要是外形隐身技术和材料隐的利用边界条件E,(O) - E,(0) =- 2.H,(0),身技术.外形隐身技术难度较大,容易使目标的H,(O) -H,(0) =- YE,(0).结构性能劣化,而采用材料隐身技术则相对简单式中:z,Y.分别为介质屏的磁表面阻抗和表面易行.隐身材料按其应用形式可分为结构型隐身导纳材料和涂覆型隐身材料.z. = 2inf[udz,(1)Salisbury屏是结构型隐身材料中较有价值的方法之- _[1.2]. 现代隐身技术对材料的要求是既Y。= 2imf[ edz.(2)要有较宽的带宽,还要求材料的厚度要很薄'31，式中μ、&分别为介质屏的磁导率和介电常数μ =文献[1,2]给出的厚度远远超出了现代隐身技术μo(μ',-iui,),e = eo(e', -ie,).并取归- -化阻对材料厚度的要求[5-71.为此,本文采用多层平.抗ξ和归一化导纳ζ分别为ξ =Z/Zo, = Y./Yg.板吸波材料作为隔离层,在保证一定的带宽下,减小隔离层的厚度,以适应现代隐身技术的要求.y↑1单屏及多层Salisbury 屏的反射系数中国煤化工文献[ 1]中的Salisbury屏结构如图1所示,厚度:YHCNMHGf六z收稿日期: 2003 -01 -07.Slsturym←-- I-r金属基底作者简介:王东方(1973-).女,硕士研究生,讲师;周忠祥(1965- ),男,教授,博士生导师.图1理想导体为基底的 单层Salisbury屏的情况● 1500●哈尔滨工业大学学报第36卷由此可以求得平面电磁波以任意角度人射Z_1.n - Z.到介质屏上的后向反射系数.据文献[1] ,并加以，R'。=Zn_1.in+Z。简单的推导给出电磁波以任意入射角度人射到如式中:d,为平板吸波材料各层厚度,__1.mn为第n图2所示的以金属为基底的n层Salisbury屏结构-1层的输人阻抗,Z。为第n层的阻抗上,其中n个隔离层分别由厚度为d,d,ds,3平板吸波材料作为Salisbury 屏的....波矢为hy ,r,,..k.相对导纳为Y,Y2,隔离层时的反射系数Y.,...的吸波材料构成.当平面电磁波以任意角度人射0时,对于E平行分界面从而垂直入射根据以上两部分的推导及分析,可推导出多面的情况,各层的阻抗可表示为(以下各式中的n层平板吸波材料作为Salisbury屏隔离层时的反射系数公式,将R'。代替式(4)中的R.,则可得到均为正整数)eitI[an+1 + R'。bnte]2n.e=ZcosONE， 2o.0= cos0R。+ =+ R',gnt+e.(5)按照Salisbury屏的设计机理,要使R.+I在频H平行分界面从而垂直人射面的情况,各层率fo处有极大值,若将n层平板吸波材料的总厚的阻抗可表示为Zn,o = Zgcos0√Mr.n/Er.n， Z0.o度d等价为真空中的厚度d'o,则d'。应为真空波长= Zgcos0. 式中θ,为各层的人射角,并有的1/4,即cosO。=/1 - sin uner,n.d, +d2 +... +d, = d,(6)式中pu.ne,n分别为n层介质的相对磁导率和相dVE.1A,.n +d2Ve,24,2 +..e..f. =d'o，对介电常数,μur.n =μ'rn - ivn.e.nn =e'rn-iern .(7)则可得各层的归- -化导纳为d'o =入o/4 = c/(4f).(8)Y。= Z0/Zm,o， Y。= Zo/Zo,o.所以,fo =4(dJE,1H,2 +d2√E,2Hr,2 +. +dsVE,sM,.)(9)。若给定频率下的归-化带宽F表示为F = 2(。-f)/fo,(10)_则由式(5) ~ (10)可以确定出最大的带宽.n层Salisbury屏金腾基底4两层平板吸波材料时的优化图2理想导体 为基底的n层Salisbury屏的情况另外,各个区域的电磁场可以表示为E。= A.e-y为了说明问题这里仅以单电屏为例,并只考+ B,e"", H。= Y,YoA,e-hu - Y.YB,e'"", r。=虑电磁波垂直入射的情况.由式(5)可以得到隔离层为两层吸波材料时的Salisbury屏如图3的反k,cosθ, h。= 2πfJεr.m pu,n/c.射系数公式为定义R,为各层的反射系数为R, =(ei[as + R'z b,e])/(c, + R'ge0).R。= B,[/A.，(3)则由式(1) ~(3)可得反射系数间的递推关系为R.1 =e[a+ + R.b.tei](4)k。kz |k|Cn+1 + Rngn+1e"?。其中:an+t = Ya+1-Y%-5 +ξY,Yn+t,b。= Yμ+1 +Y。-ζ -ξY.Yw+，Cn+1 = Yn+1 + Y, +5 + ξY_Y+1,中国煤化工金属基底gn+1 = Y+I - Y。+ζ -ξYY+I, φ, = 2γz.图波材料对Salisbury屏MHCNMHG2多层平板吸波材料的反射系数式中参数由以上推导中的相应公式给出,限于篇众所周知,根据等效传输线理论及文献[7],幅的问题,这里不再赘述，图4是设计的方案及有金属基底的n层平板吸波材料的反射系数为所得的结果.所用材料是实验室自行研制的材料第11期王东方，等:Salisbury屏的优化设计●1501.1和材料2,厚度均为0.5 mm, Salisbury 屏的阻抗2)本设计不仅降低了Salisbury屏的厚度,而取为1000n.且保证了在8~18 GHz内有较大的dB值,说明13本文的优化设计是合理的.12参考文献:[1]CHAMBERS B. 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