随机分布电阻贴片构成的频率选择表面吸波特性研究

由于很难直接从这种RDFSS结构计算出其等效电参数，我们采用基于有限元法的电磁波全波分析商业软件进行仿真。如图3所示，单元四周四个边界条件分别设成对的理想导电面(PEC)和理想导磁面(PMC)，平面电磁波垂直入射。

针对C-X波段，设单元尺寸为6cm×6cm。图4所示为P=10、20、30、50时周期表面的反射系数，可以看出RDFSS呈现多点谐振，且反射率随着表面占有率增加而统计上升。这两点，都是在设计宽带吸波材料时所需要的特性。

2 新型吸波结构设计与数值仿真

单元尺寸不变，将一定表面占有率的RRDFSS附着在厚5mm的基层上，如图5所示，基层选用，树脂介质，底层为金属底板。

为研究表面占有率对这种吸波结构的影响，我们计算了不同表面占有率下吸波结构在平面波照射下的反射系数，此时表面电阻设为50欧姆，如图6所示。显然，开始时吸波性能随表面占有率的增加而提高。当表面占有率增大到一定值以后，反射率反而随着表面占有率的增加而增大了，这个阀值由图中来看，存在于30%左右。因此，表面占有率是设计这种新型吸波材料时一个重要的优化参数。

将表面占有率定为30%，研究不同表面电阻率下RRDFSS构成的吸波材料的吸波特性，结果如图7所示。可见，表面电阻率对RRDFSS吸波结构的带宽和吸波性能都有很大的影响，根据所需的性能选择合适的表面电阻也是实际设计时的一个重要方面。

最后我们考察了表面占有率、表面电阻相等且相同分布函数条件下，随机生成的几种分布形式的RRDFSS对吸波特性的影响，见图8。结果表明，吸波性能会受到一定程度的影响，尤其是吸波峰值出现的频点。分析认为，不同分布形式下，贴片相互接连组成了不同形状的谐振元，从而影响了谐振频点，表面在反射率—频率曲线上就是吸波峰的差异。但相对于前两个参数来讲，对吸波性能的影响处于次要位置。

从RRDFSS的设计思想和以上一系列的仿真分析可以看出，随机分布电阻贴片构成的频率选择表面可以用来实现较宽频带内的吸波结构。其表面占有率、表面电阻率对吸波性能都有较大的影响，另外贴片分布形式对吸波峰的分布存在一定影响。

3 结论

本文用有限元方法仿真分析了随机分布电阻贴片构成的频率选择表面应用于吸波材料设计的可行性。讨论了表面占有率、表面电阻率以及分布形式对复合材料反射率的影响。仿真结果证明嵌入这种新的FSS结构可以很好的改善复合材料的吸波性能。可以预见，进一步对RRDFSS随机分布的统计特性、单元剖分等参数进行优化，将能设计出频带更低、尺寸更小的新型复合吸波材料。