發(fā)布時間：2020-11-14 18:03

　　 光學(xué)儀器窗的電磁屏蔽技術(shù)在航天航空設(shè)備、精密光學(xué)儀器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜以及探測精度的逐漸提升,對光學(xué)儀器窗的電磁屏蔽技術(shù)提出了更高的要求。為了在光學(xué)儀器窗電磁屏蔽波段內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)良的頻率選擇特性,光學(xué)透明頻率選擇表面的研究受到了廣泛的關(guān)注,光學(xué)透明頻率選擇表面需同時實現(xiàn)高透光率、強(qiáng)電磁屏蔽特性、低成像質(zhì)量影響以及在探測波段的優(yōu)良電磁傳輸特性。目前,現(xiàn)有的透明頻率選擇表面難以兼顧以上各項要求,因此,設(shè)計新型的透明頻率選擇表面以進(jìn)一步提升其性能對光學(xué)儀器窗精密探測領(lǐng)域具有十分重要的意義。針對以上問題,本文將隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵與圓環(huán)型頻率選擇表面相結(jié)合提出了基于隨機(jī)網(wǎng)柵的透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提升透明頻率選擇表面的光電性能,并對其電磁傳輸特性、光學(xué)透射性、光學(xué)衍射特性及電磁屏蔽特性進(jìn)行了深入的理論及實驗研究,主要研究內(nèi)容如下:為了解決周期結(jié)構(gòu)網(wǎng)柵光學(xué)衍射能量集中分布的問題,提出了基于重疊圓環(huán)網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的新型參數(shù)隨機(jī)方法。采用將隨機(jī)結(jié)構(gòu)離散化為矩陣的方法對網(wǎng)柵孔徑函數(shù)進(jìn)行等效以求解隨機(jī)網(wǎng)柵的光學(xué)衍射能量分布。根據(jù)隨機(jī)網(wǎng)柵透光面積與總面積比值求解其透光率。利用等效電路法對隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵電磁屏蔽效率進(jìn)行建模,對傳統(tǒng)等效電路模型進(jìn)行修正得到適用于隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵的等效電路模型。仿真結(jié)果表明,隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵總透光率為95.96%,最大歸一化高級次衍射能量為0.00157%,大大降低了對成像質(zhì)量的影響,相比于周期結(jié)構(gòu)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵,其高級次衍射能量降低了81.1%,其在12~18 GHz波段電磁屏蔽效率優(yōu)于23 dB。為了實現(xiàn)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)在毫米波波段優(yōu)良的電磁傳輸特性,對頻率選擇表面結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化,仿真分析了周期參數(shù)、內(nèi)外徑參數(shù)、環(huán)形寬度參數(shù)、加載基底厚度對其電磁傳輸特性的影響。對圓環(huán)型頻率選擇表面的透光率進(jìn)行了理論建模,經(jīng)模型計算,其總透光率僅為6.96%。優(yōu)化設(shè)計得到的圓環(huán)型頻率選擇表面的通帶中心頻率為35.12 GHz,通帶最大透波率為-0.308dB,-3 dB帶寬為10.78 GHz。為了兼顧光學(xué)透過性、強(qiáng)電磁屏蔽特性、低成像質(zhì)量影響及毫米波波段的優(yōu)良電磁傳輸特性,將隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵與圓環(huán)型頻率選擇表面相結(jié)合形成基于隨機(jī)網(wǎng)柵的頻率選擇表面結(jié)構(gòu),該復(fù)合結(jié)構(gòu)的總透光率為95.62%,相比于圓環(huán)型頻率選擇表面提升了88.66%,最大歸一化高級次衍射能量僅為0.00158%,對成像質(zhì)量造成的影響十分微弱。復(fù)合頻率選擇表面電磁傳輸特性曲線的通帶中心頻率為32.3 GHz,通帶最大透波率為-0.79 dB,-3 dB帶寬為13.4 GHz。對本文設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工與實驗測試,實驗結(jié)果表明:隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵樣片透光率為92.5%,高級次衍射能量分布均勻,降低了對成像質(zhì)量的影響,其在12~18 GHz的電磁屏蔽效率優(yōu)于18 dB。基于隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵的頻率選擇表面透光率為91.6%,其通帶中心頻率為31.3 GHz,最大通帶透波率為-2.6dB,在改善傳統(tǒng)頻率選擇表面低透光率的同時,保持了其原有的電磁傳輸特性,并且其高級次衍射能量分布十分均勻,對成像質(zhì)量的影響很小�；�于隨機(jī)重疊圓環(huán)網(wǎng)柵的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)同時實現(xiàn)了在光學(xué)波段的高透過性、強(qiáng)電磁屏蔽特性、優(yōu)良的電磁傳輸特性以及高成像質(zhì)量。金屬網(wǎng)柵及光學(xué)透明頻率選擇表面研究方法在精密探測光學(xué)儀器窗及航空航天裝備領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

施、醫(yī)療設(shè)備、電子顯示等領(lǐng)域當(dāng)中[6-10]。進(jìn)行觀測與探測，飛行器需在機(jī)艙內(nèi)部配備器的工作波段通常處于可見光及紅外波段。器中的應(yīng)用如圖 1-1 所示，飛行器為了進(jìn)行定的光學(xué)透明窗口來為待探測波段信號提供光性以保證待探測波段的信號以最小的損器窗口的高透明性同時會使得對光電精密儀器中，影響精密光學(xué)儀器的探測精度，對精同時，飛行器機(jī)艙內(nèi)的諸多精密光學(xué)儀器長干擾環(huán)境中，其性能會逐漸降低甚至失效，十分嚴(yán)重。因此，同時保證光學(xué)探測窗口在磁波段的強(qiáng)屏蔽特性具有重要意義[11-14]。多一個重要的發(fā)展趨勢，即在光學(xué)儀器窗口電波波段處優(yōu)良的電磁傳輸特性，可實現(xiàn)在毫

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文狀與發(fā)展趨勢外研究現(xiàn)狀柵為具有一定大小的周期與線寬的屬網(wǎng)柵如圖 1-2 所示，金屬網(wǎng)柵具波段的電磁波波長遠(yuǎn)小于金屬網(wǎng)柵網(wǎng)柵周期參數(shù)的可見光及紅外波段長遠(yuǎn)大于網(wǎng)柵的周期，因此金屬網(wǎng)特性。金屬網(wǎng)柵兼具光學(xué)波段的高特性，進(jìn)而實現(xiàn)了光學(xué)透明窗口的

圖 1-3 周期圓環(huán)結(jié)構(gòu)金屬網(wǎng)柵[31]人在 2009 年提出了隨機(jī)轂-輻條型結(jié)構(gòu)網(wǎng)柵、隨重疊圓環(huán)結(jié)構(gòu)網(wǎng)柵[32]，周期方格網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)及其衍，隨機(jī)六邊形網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的衍射能量分隨機(jī)網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的衍射能量分布圖如圖結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的衍射能量分布圖如圖 1-7 所示。期結(jié)構(gòu)網(wǎng)柵，金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)的隨機(jī)化可以更好地能量的作用。隨機(jī)六邊形結(jié)構(gòu)網(wǎng)柵衍射能量仍集相比于周期方格網(wǎng)柵衍射特性的改善較弱。隨機(jī)構(gòu)網(wǎng)柵均化高級次衍射能量的效果顯著，證實了單元在均化高級次衍射能量方面更具優(yōu)勢。但文改善僅做了定性的分析，未設(shè)定評定指標(biāo)來進(jìn)行構(gòu)金屬網(wǎng)柵的電磁屏蔽效率進(jìn)行仿真與實驗分析
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本文編號：2883787