一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法

1.本发明属于微波领域，特别是涉及一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法。

背景技术：

2.吸波器是一种能够吸收特定频段电磁波的器件。它能够根据需求吸收特定频段的电磁波以及用于降低雷达散射截面积rcs，在国防领域有重要应用。近几十年来，许多种类的吸波器相继出现，如：dallenbach层、salisbury屏和频率选择表面fss等。传统的吸波器带宽窄，无法满足应用需求。于是，研究者们在拓宽带宽方面进行了很多有意义的尝试，并获得了良好的结果。其中，使用多层结构增加带宽是一种有效的方法。有研究者设计了一种多层吸波器结构，实现了正入射条件下12.88:1倍频的带宽并且总轮廓仅为0.101λl。虽然上述吸波器在带宽方面有良好的表现，但是只考虑了正入射的条件，无法满足宽斜入射角的需求。综上，吸波器在超宽带和宽斜入射角方面的性能仍有很大的提升空间。
3.为了更好地理解吸波器的吸波原理，设计性能更优的吸波器，研究者们提出了很多有意义的研究方法，如等效媒质理论和干涉理论等。但是等效媒质理论是将吸波器等效为一个均匀的介质，通过提取s参数进行反演以实现阻抗匹配。这种方法能够获得精确的等效阻抗，但是其需要通过实验或者数值仿真提取s参数，不利于结构参数的优化设计。干涉理论使用几何光学的分析方法，计算电磁波在不同介质间的反射与折射，从而得到吸波器的反射系数。其能够很好地分析不同斜入射角下，吸波器的吸收情况。但是，该理论在分析多层结构时，计算复杂。
4.针对现有的吸波器在超宽带和宽入射角方面的性能不能满足实际需求的问题，亟需提出一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法。

技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本发明提供一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法。
6.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
7.一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法，方法包括以下步骤：
8.s100：设计吸波器单元的结构，吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间；
9.s200：根据吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，根据吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式；
10.s300：根据吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，基于遗传算法以吸波器的工作带宽为目标函数进行全局最优搜索，得到未知参数的初始最优值；其中，未知参数包括有耗方环的方阻、有耗方环的外宽度、有耗方环的环宽度、有耗方环的周期、电介质层的厚度和电介质层的相对介电常数；其中，吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预
设值；
11.s400：依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对未知参数的初始最优值进行优化，确定吸波器的最终参数，基于吸波器单元的结构和吸波器的最终参数完成吸波器的设计与优化。
12.优选地，s200中根据吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，具体为：
[0013][0014]
其中，
[0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022]
其中，r为等效集总电阻，rs为有耗方环的方阻rs，p为吸波器周期，d为有耗方环的外宽度，s为有耗方环的环宽度，h为电介质层的厚度，g为吸波器周期与有耗方环外宽度的差值，z0为自由空间等效阻抗，θ为斜入射角，ω是角频率，x
l
为感抗，bc为容纳，f(p,2s,λ,θ)为计算有耗方环几何参数(p,s,g)与等效感抗x
l
和容纳bc之间关系的函数，w代表参数2s或g，λ为吸波器工作波长，g(p,w,λ,θ)为函数f(p,w,λ,θ)的修正项，a
±
为与吸波器周期p、斜入射角θ和工作波长λ有关的第一类修正因子，β为与吸波器周期p和参数w有关的第二类修正因子，ε
eff
为有耗方环与介质基底所构成整体的等效介电常数，m为是长度单位。
[0023]
优选地，其特征在于，s200中根据吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，具体为：
[0024]
根据菲涅尔定律，介质内的折射角与斜入射角的关系为：
[0025]
[0026]
在不同介质中的传播常数为：
[0027][0028]
在斜入射条件下，te极化和tm极化的电介质等效阻抗具体为：
[0029]
对于te极化：
[0030][0031]
对于tm极化：
[0032][0033]
其中，i＝1,2...n(n≧3)
[0034]
等效电路图的输入阻抗对应如下：
[0035]zin1
＝jz
1 tan(β1h1)
[0036][0037][0038][0039]
综上，可以得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数：
[0040]
对于te极化：
[0041][0042]
对于tm极化：
[0043][0044]
其中，θi为第i个电介质的折射角，ε
ri
为第i个电介质的相对介电常数，βi为第i个电介质的传播常数，zi为第i个电介质的等效阻抗，z
in(2k)
为等效电路中标注的偶数个输入阻抗，z
in(2k-1)
为等效电路中标注的奇数个输入阻抗，为第个频率选择表面的等效阻抗，γ为吸波器等效电路的反射系数。
[0045]
优选地，预设的未知参数与反射系数之间的影响关系包括：有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系、有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系、有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系以及与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系。
[0046]
优选地，s400中依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对未知参数的初始最优值进行优化，包括：
[0047]
依据有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的方阻按照预设第一调节幅度，减小有耗方环的方阻；
[0048]
依据有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的
外宽度按照预设第二调节幅度，减小有耗方环的外宽度；
[0049]
依据有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的环宽度按照预设第三调节幅度，增大有耗方环的环宽度；
[0050]
依据与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对与接地板相连的电介质层的厚度按照预设第四调节幅度，调整与接地板相连的电介质层的厚度。
[0051]
优选地，s100中吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间，具体为：
[0052]
吸波器单元包括接地板、三层不同的有耗方环和四层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间；
[0053]
s300中的吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预设值，具体为：
[0054]
吸波器的工作带宽定义为反射系数小于-10db。
[0055]
上述一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法，提出了一种新的吸波器单元结构，使用多层周期性结构显著拓展了吸波器的工作带宽，该吸波器能够在预设范围的工作带宽内，同时满足正入射、te极化预设角度和tm极化预设角度的条件(大于等于45
°
)，即实现超宽带和斜入射角，还提出了一种超宽带宽斜入射角吸波器的快速优化方法，首先，对周期性的有耗方环进行建模，其次，利用等效电路理论建立吸波器的数学模型，该模型能够计算吸波器在斜入射条件下的反射系数，然后，基于遗传算法对吸波器的工作带宽进行全局最优搜索，从而得到未知参数的初始最优值，最后，通过全波仿真对参数初始值进行优化，确定吸波器的最终参数，完成吸波器的设计。在许多参数未知的情况下，该方法利用遗传算法快速地得到了参数的参考最优值，这能够明显地提高吸波器的设计效率，使得吸波器在超宽带和宽入射角方面的性能均能满足实际需求。
附图说明
[0056]
图1为本发明一实施例中一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法流程图；
[0057]
图2为本发明一实施例中有耗方环的结构示意图；
[0058]
图3为本发明一实施例中吸波器单元结构示意图；
[0059]
图4为本发明一实施例中吸波器的等效电路模型示意图；
[0060]
图5为本发明一实施例中等效电路模型中吸波器在正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
条件下的反射系数随频率的变化曲线图；
[0061]
图6为本发明一实施例中等效电路模型与全波仿真的三种条件下的反射系数随频率的变化曲线图；
[0062]
图7为本发明一实施例中吸波器的反射系数与有耗方环方阻的关系示意图；
[0063]
图8为本发明一实施例中吸波器的反射系数与有耗方环外宽度的关系示意图；
[0064]
图9为本发明一实施例中吸波器的反射系数与有耗方环环宽度的关系示意图；
[0065]
图10为本发明一实施例中在te 45
°
和tm 45
°
条件下，fss吸波器的反射系数与h1的关系示意图；
[0066]
图11为本发明一实施例中优化后的吸波器在正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
条件
下的反射系数随频率的变化曲线图。
具体实施方式
[0067]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0068]
在一个实施例中，如图1所示，一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法，方法包括以下步骤：
[0069]
s100：设计吸波器单元的结构，吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，每层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间。
[0070]
具体地，吸波器多采用周期性的结构，这种结构具有操控电磁波的幅度、相位和极化等特征的强大能力。吸波器单元通常由一层电介质、接地板和一层有耗方环组成，有耗方环位于介质之上。其中，有耗方环是具有特定方阻的方环形电阻片，具体结构如图2所示。因为有耗方环具有中心对称性，即该吸波器单元中心对称，所以设计的吸波器对极化不敏感。
[0071]
本发明设计的吸波器单元由接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层组成，在本实施例中，以接地板、三层不同的有耗方环和四层不同的电介质层组成为例进行说明，具体如图3所示。为了显著增加吸波器的带宽，使用多层结构的设计，同时在最上方的有耗方环上也放置一层电介质层以实现更好的阻抗匹配。通过合理设计参数，该结构可以实现8:1倍频的工作带宽，即同时满足正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
的条件。该吸波器在超宽带和宽斜入射角方面实现更优的性能。
[0072]
s200：根据吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，根据吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式。
[0073]
在一个实施例中，s200中根据吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，具体为：
[0074][0075]
其中，
[0076][0077][0078][0079]
[0080][0081][0082][0083]
其中，r为等效集总电阻，rs为有耗方环的方阻rs，p为吸波器周期，d为有耗方环的外宽度，s为有耗方环的环宽度，h为电介质层的厚度，g为吸波器周期与有耗方环外宽度的差值，z0为自由空间等效阻抗，θ为斜入射角，ω是角频率，x
l
为感抗，bc为容纳，f(p,2s,λ,θ)为计算有耗方环几何参数(p,s,g)与等效感抗x
l
和容纳bc之间关系的函数，w代表参数2s或g，λ为吸波器工作波长，g(p,w,λ,θ)为函数f(p,w,λ,θ)的修正项，a
±
为与吸波器周期p、斜入射角θ和工作波长λ有关的第一类修正因子，β为与吸波器周期p和参数w有关的第二类修正因子，ε
eff
为有耗方环与介质基底所构成整体的等效介电常数，m为是长度单位。
[0084]
在一个实施例中，s200中根据吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，具体为：
[0085]
根据菲涅尔定律，介质内的折射角与斜入射角的关系为：
[0086][0087]
在不同介质中的传播常数为：
[0088][0089]
在斜入射条件下，te极化和tm极化的电介质等效阻抗具体为：
[0090]
对于te极化：
[0091][0092]
对于tm极化：
[0093][0094]
其中，i＝1,2...n(n≧3)
[0095]
等效电路图的输入阻抗对应如下：
[0096]zin1
＝jz
1 tan(β1h1)
[0097][0098][0099][0100]
综上，可以得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数：
[0101]
对于te极化：
[0102][0103]
对于tm极化：
[0104][0105]
其中，θi为第i个电介质的折射角，ε
ri
为第i个电介质的相对介电常数，βi为第i个电介质的传播常数，zi为第i个电介质的等效阻抗，z
in(2k)
为等效电路中标注的偶数个输入阻抗，z
in(2k-1)
为等效电路中标注的奇数个输入阻抗，为第个频率选择表面的等效阻抗，γ为吸波器等效电路的反射系数。
[0106]
具体地，在设计的吸波器中，周期排列的有耗方环构成频率选择表面fss。fss单元可以等效为rlc集总元件，其阻抗表达式为：
[0107][0108]
其中，等效集总电阻r与有耗方环几何参数p,d,s和方环的方阻rs的关系如下：
[0109][0110]
等效电感l和等效电容c可由等效电路模型近似得到，其与有耗方环的几何参数p,d,s,g的具体关系如下：
[0111][0112][0113][0114][0115][0116][0117][0118]
根据传输线理论，均匀的介质可以等效为一段传输线。因此，吸波器的等效电路模型如4所示。
[0119]
下面介绍其计算过程：
[0120]
根据菲涅尔定律，介质内的折射角与斜入射角的关系为：
[0121][0122]
在不同介质中的传播常数为：
[0123][0124]
在斜入射条件下，te极化和tm极化的电介质等效阻抗不同。
[0125]
对于te极化：
[0126][0127]
对于tm极化：
[0128][0129]
其中，i＝1,2,3,4
[0130]
图中标注位置的输入阻抗对应如下：
[0131]zin1
＝jz
1 tan(β1h1)
[0132][0133][0134][0135]
综上，可以得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数：
[0136]
对于te极化：
[0137][0138]
对于tm极化：
[0139][0140]
s300：根据吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，基于遗传算法以吸波器的工作带宽为目标函数进行全局最优搜索，得到未知参数的初始最优值；其中，未知参数包括有耗方环的方阻、有耗方环的外宽度、有耗方环的环宽度、有耗方环的周期、电介质层的厚度和电介质层的相对介电常数；其中，吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预设值。
[0141]
在一个实施例中，s100中吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，每层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间，具体为：
[0142]
吸波器单元包括接地板、三层不同的有耗方环和四层不同的电介质层，接地板连接最下方的电介质层，每层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间；
[0143]
s300中的吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预设值，具体为：
[0144]
吸波器的工作带宽定义为反射系数小于-10db。
[0145]
具体地，通过建立上述等效电路模型，我们在吸波器的几何参数和阻抗带宽之间建立了有效的数学关系，这是实现快速优化设计的基础。然后，利用具有良好全局搜索性能的遗传算法进行参数优化，从而实现同时满足正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
条件的最大带宽。
[0146]
为了简单起见，本发明以正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
三个条件下的带宽之和为目标函数进行最大值搜索以实现参数优化。但需要强调的是：对于正入射，本发明以-20db为带宽界限，而te极化45
°
和tm极化45
°
以-10db为带宽界限。这是因为，如图5所示，相比于正入射，te极化45
°
和tm极化45
°
的低频部分性能会发生恶化，其中te极化45
°
更为明显。并且两种条件下，谐振频率会向高频端移动，其中tm极化45
°
移动更多。因此，为了在所需频率f
l-fh范围内同时满足正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
，在算法优化过程中，低频端取值应适当小于f
l
。
[0147]
另外，为了避免栅瓣的影响，吸波器单元的周期p应满足：
[0148][0149]
其中，λh为最高频率fh所对应的波长。其他优化的参数取值范围如表1所示：
[0150]
表1吸波器参数的取值范围
[0151][0152]
经过遗传算法进行全局最优搜索后，得到参数的初始值如表2所示：
[0153]
表2吸波器参数的初始最优值
[0154][0155]
s400：依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对未知参数的初始最优值进行优化，确定吸波器的最终参数，基于吸波器单元的结构和吸波器的最终参数完成吸波器的设计与优化。
[0156]
在一个实施例中，预设的未知参数与反射系数之间的影响关系包括：有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系、有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系、有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系以及与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系。
[0157]
在一个实施例中，s400中依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对未知参数的初始最优值进行优化，包括：
[0158]
依据有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的方阻按照预设第一调节幅度，减小有耗方环的方阻；
[0159]
依据有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的外宽度按照预设第二调节幅度，减小有耗方环的外宽度；
[0160]
依据有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的环宽度按照预设第三调节幅度，增大有耗方环的环宽度；
[0161]
依据与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对与接地板相连的电介质层的厚度按照预设第四调节幅度，调整与接地板相连的电介质层的厚度。
[0162]
具体地，在正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
条件下，使用等效电路模型计算得到的反射系数与全波仿真的反射系数如图6所示。全波仿真结果使用cst的频域求解器计算得到。从图中可以看出，与全波仿真相比，等效电路模型能够较好地计算出吸波器的四个吸收峰，其结果与全波仿真的结果有较好的一致性。虽然等效电路模型的结果不是非常准确，但是其能够为全波仿真提供有效的初始值，这将极大地提高全波仿真优化的效率。为了更快地得到满足需求的设计，本发明从以下顺序进行全波仿真优化：
[0163]
(1)调整方环方阻rs：方环方阻rs能够明显影响吸波器的反射系数，其与反射系数的关系如图7所示。从图中可以看出，随着rs的增大，吸波器在低频部分的性能不断降低，这会导致吸波器工作带宽的减少；(2)调整有耗方环的外宽度d和有耗方环的环宽度s：参数d和s与吸波器的谐振频率紧密相关。参数d与反射系数的关系如图8所示。从图中可以看出，随着d的增大，吸波器的最低谐振频率向左移动，但低频部分的反射系数逐渐增大，低频部分的性能出现恶化。从图9可以看出，随着s的增大，吸波器的最低谐振频率向左移动，中间和最高的谐振频率向右移动，低频部分的反射系数逐渐减小，低频部分的性能得到提升。综上，这说明：为了满足低频端的目标要求，可以适当减小参数d，增大参数s；(3)调整与接地板相连的电介质层的厚度h1：其他参数不变时，参数h1与反射系数的关系如图10所示。从图中可以看出，随着h1的增大，吸波器的反射系数整体向左移动。相比于参数s与d，h1对整体性能的影响较小。这是因为参数s与d和有耗方环fss的等效rlc的大小紧密相关，其改变会对每个谐振频率产生明显的影响。而参数h1对应于有耗方环fss到地平面间的距离，其改变对所有的谐振频率的影响一致。因此，在优化的过程中，可以最后调整h1使工作带宽满足目标要求。
[0164]
经过上述优化设计后，吸波器的工作带宽为2.2-17.6ghz。吸波器的最终参数取值如表3所示，吸波器的反射系数如图11所示。
[0165]
表3参数优化结果
[0166]
[0167]
本发明针对吸波器在超宽带和宽入射角方面的性能不能满足实际需求的问题，提出了一种8倍频(2.2-17.6ghz)的超宽带宽斜入射角吸波器设计和优化方法。创新点包括：提出了一种超宽带宽斜入射角吸波器设计，进一步地，提出了一种8倍频超宽带宽斜入射角吸波器设计，使用多层周期性结构显著拓展了吸波器的工作带宽。该吸波器能够在2.2-17.6ghz的工作带宽内，同时满足正入射、te极化45
°
和tm极化45
°
的条件，即实现超宽带和斜入射角；提出了一种超宽带宽斜入射角吸波器的快速优化方法，首先，对周期性的有耗方环进行建模。其次，利用等效电路理论建立吸波器的数学模型。该模型能够计算吸波器在斜入射条件下的反射系数。然后，基于遗传算法对吸波器的工作带宽进行全局最优搜索，从而得到参数初始最优值。最后，通过全波仿真对参数初始值进行优化，确定吸波器的最终参数，完成吸波器的设计。在许多参数未知的情况下，该方法利用遗传算法快速地得到了参数的参考最优值，这能够明显地提高吸波器的设计效率。
[0168]
以上对本发明所提供的一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s100：设计吸波器单元的结构，所述吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，所述接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间；s200：根据所述吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，根据所述吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式；s300：根据所述吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，基于遗传算法以吸波器的工作带宽为目标函数进行全局最优搜索，得到未知参数的初始最优值；其中，所述未知参数包括有耗方环的方阻、有耗方环的外宽度、有耗方环的环宽度、有耗方环的周期、电介质层的厚度和电介质层的相对介电常数；其中，所述吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预设值；s400：依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对所述未知参数的初始最优值进行优化，确定吸波器的最终参数，基于所述吸波器单元的结构和所述吸波器的最终参数完成吸波器的设计与优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s200中根据所述吸波器单元的结构基于等效电路理论建立吸波器的数学模型，具体为：其中，其中，其中，其中，其中，其中，其中，其中，
其中，r为等效集总电阻，rs为有耗方环的方阻rs，p为吸波器周期，d为有耗方环的外宽度，s为有耗方环的环宽度，h为电介质层的厚度，g为吸波器周期与有耗方环外宽度的差值，z0为自由空间等效阻抗，θ为斜入射角，ω是角频率，x
l
为感抗，b
c
为容纳，f(p,2s,λ,θ)为计算有耗方环几何参数(p,s,g)与等效感抗x
l
和容纳b
c
之间关系的函数，w代表参数2s或g，λ为吸波器工作波长，g(p,w,λ,θ)为函数f(p,w,λ,θ)的修正项，a
±
为与吸波器周期p、斜入射角θ和工作波长λ有关的第一类修正因子，β为与吸波器周期p和参数w有关的第二类修正因子，ε
eff
为有耗方环与介质基底所构成整体的等效介电常数，m为是长度单位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，s200中根据所述吸波器的数学模型得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数的表达式，具体为：根据菲涅尔定律，介质内的折射角与斜入射角的关系为：在不同介质中的传播常数为：在斜入射条件下，te极化和tm极化的电介质等效阻抗具体为：对于te极化：对于tm极化：其中，i＝1,2...n(n≧3)等效电路图中标注的输入阻抗对应如下：z
in1
＝jz
1 tan(β1h1)))综上，可以得到吸波器等效电路在两种极化下的反射系数：对于te极化：对于tm极化：其中，θ
i
为第i个电介质的折射角，ε
ri
为第i个电介质的相对介电常数，β
i
为第i个电介质的传播常数，z
i
为第i个电介质的等效阻抗，z
in(2k)
为等效电路中标注的偶数个输入阻抗，
z
in(2k-1)
为等效电路中标注的奇数个输入阻抗，为第个频率选择表面的等效阻抗，γ为吸波器等效电路的反射系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预设的未知参数与反射系数之间的影响关系包括：有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系、有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系、有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系以及与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s400中依据预设的未知参数与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对所述未知参数的初始最优值进行优化，包括：依据所述有耗方环的方阻与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的方阻按照预设第一调节幅度，减小有耗方环的方阻；依据所述有耗方环的外宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的外宽度按照预设第二调节幅度，减小有耗方环的外宽度；依据所述有耗方环的环宽度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对有耗方环的环宽度按照预设第三调节幅度，增大有耗方环的环宽度；依据所述与接地板相连的电介质层的厚度与反射系数之间的影响关系，基于全波仿真对与接地板相连的电介质层的厚度按照预设第四调节幅度，调整与接地板相连的电介质层的厚度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s100中所述吸波器单元包括接地板、至少两层不同的有耗方环和至少三层不同的电介质层，所述接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间，具体为：所述吸波器单元包括接地板、三层不同的有耗方环和四层不同的电介质层，所述接地板连接最下方的电介质层，一层有耗方环设置于两层不同的电介质层之间；s300中的所述吸波器的工作带宽定义为反射系数小于预设值，具体为：所述吸波器的工作带宽定义为反射系数小于-10db。

技术总结

本发明公开了一种超宽带宽斜入射角吸波器设计与优化方法，使用多层周期性结构显著拓展了吸波器的工作带宽，该吸波器能够在预设范围的工作带宽内，同时满足正入射、TE极化预设角度和TM极化预设角度的条件，即实现超宽带和斜入射角，优化方法包括：对周期性的有耗方环进行建模，利用等效电路理论建立吸波器的数学模型，该模型能够计算吸波器在斜入射条件下的反射系数，基于遗传算法对吸波器的工作带宽进行全局最优搜索，从而得到未知参数的初始最优值，通过全波仿真对参数初始值进行优化，确定吸波器的最终参数，完成吸波器的设计。这能够明显地提高吸波器的设计效率，使得吸波器在超宽带和宽入射角方面的性能均能满足实际需求。宽带和宽入射角方面的性能均能满足实际需求。宽带和宽入射角方面的性能均能满足实际需求。