电磁超材料的设计及其吸波性能的研究

发布时间：2016-11-10 21:10

  本文关键词：电磁超材料的设计及其吸波性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《华中科技大学》 2014年

电磁超材料的设计及其吸波性能的研究

王国栋  

【摘要】：电磁超材料作为一种材料设计新理念,它具有天然常规材料所不具备的超常物理性质,是近十年来国际学术界的研究热点之一。伴随着电磁超材料的快速发展,其吸波性能的研究同样引起了大家广泛的关注。相对于传统的吸波材料,超材料吸波器具有很多无以伦比的优点,比如吸收强、厚度薄、质量轻、频率可调与电磁参数可设计以及在无损探测、太赫兹成像、隐身技术等领域潜在的应用。本文从电磁超材料的吸波原理及研究方法出发,提出了基于耶路撒冷十字与正方形环的多频带微波段超材料吸波器,并采用多反射干涉理论解释其吸波机理。另外,我们分别采用对角排列与嵌套排列方式构造了宽频带的太赫兹超材料吸波器,并讨论了在TE与TM波很宽的入射角度下其吸波率。 本论文第一部分主要内容是多频带微波段超材料吸波器的设计、模拟与实验,以及利用多反射干涉理论模型分析它的吸波机理。首先,我们研究了不同开口槽尺寸下,传统开口谐振环(split ring resonator, SRR)超材料的吸波率,发现开口谐振环可等效为垂直交叉的I形结构,其吸收器可变为耶路撒冷十字超材料。将多个不同尺寸的耶路撒冷十字结构依次水平地组合到同一个超材料单元上,实现了多频带的完美吸波；同时,采用多反射干涉理论模型计算了耶路撒冷十字界面上的反射参数与透射参数,结果表明：在垂直入射情况下,计算的吸收率与模拟、实验结果相一致。其次,基于正方形环结构采用嵌套排列设计了多频带的超材料吸波器,此种排列方式减小了超材料对外来电磁波极化方向与入射角度的依赖性,具有无极化与宽入射角度下的吸波性能。接着引入共振频率处的功率损耗密度分布对其吸波机理进行了解释。然后,通过优化多反射干涉理论模型与正方形环界面的单元结构计算了强耦合超材料的吸收率。结果表明：在TE与TM波不同的入射角度下,计算的吸波率与模拟的结果相同。 本论文第二部分主要是宽频带太赫兹超材料吸波器的设计与表征,以及在TE与TM波很宽的入射角度下其吸波率的研究。首先,我们基于金属圆片结构设计了单频带的太赫兹超材料吸波器,并引入两金属结构层表面的电流及z向电场分布分析其吸波机理。利用对角排列方式将多个不同尺寸的圆片结构组装同一个超材料单元上,构造了宽频带、超薄的太赫兹吸波器。研究结果表明：随着金属圆片数量的增加,超材料的吸收带宽会增加,但整体的吸波性能会下降。其次,我们研究了基于正方形环共面的宽频带超材料吸收器,并引入共振频率处金属结构层表面的电流分布分析其吸波机理,然后给出了在TE波与TM波模式很宽的入射角度下该结构的吸波率,最后,讨论了超材料各组成部分的损耗参数对整体结构吸波性能的影响。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM25
【目录】：

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