基于超材料的宽频带吸波器设计与应用

发布时间：2020-04-13 05:54

【摘要】：超材料吸波器作为超材料研究领域的分支,利用了超材料的损耗和电磁可调控特性,具有吸收强、质量轻的优点,且突破了传统吸波材料的厚度限制。由于电磁超材料本身的电磁谐振特性,使得超材料吸波器大多为窄带吸收,限制了其应用范围。本文采用面内多谐振复合结构拓展带宽的方式是目前宽带吸波的研究热点之一。从电磁超材料的基本特性出发,通过合理调节超材料的几何参数来构建电磁谐振结构,使得该结构与投射的电磁波电磁分量耦合达到吸波器的完美吸收。利用等效媒质理论提取结构的等效电磁参数,通过吸波器的电场和表面电流分布分析其吸波机理,并讨论吸波结构的几何参数对吸收率的影响。本文设计的吸波器都选用经典的三层结构,即上层是能够产生电磁共振的金属谐振结构,中层是能消耗入射电磁波的介质层,下层金属地面。本文主要设计如下:首先,利用在平面铺展多尺寸谐振结构单元的方法拓展带宽,其单元结构是由开口谐振环演变的两个圆形开口环组合而成,利用多个吸收峰叠加原理将不同尺寸的单元结构组成33?排列型宽带吸波器,其吸收率在80%以上的带宽为1.39GHz,相对于中心频率的半峰值带宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)为16.5%;其次,利用在平面添加不同种类谐振结构的方法展宽频带,上层谐振结构是在方形开口环的基础上加载四向箭头结构,其吸波器吸收率在70%以上的带宽为3.02GHz,FWHM为18.5%;最后,将第一款吸波器的圆形开口环与第二款吸波器的方形开口环进行结合改进,其吸波器吸收率达到90%以上的带宽为11.67GHz,FWHM为%8.83。另外,为了验证吸波器吸波的有效性,将第一款吸波器分别以覆盖和一体化的方式加载到微带参考天线上,以缩减其雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS),对比分析加载前后参考天线的辐射特性和散射特性,仿真表明加载吸波器对天线辐射特性没有影响,且一体化加载方式在10.65GHz达到最大RCS缩减值13.43dBsm。综上,本文设计的超材料吸波器实现了宽带吸收,并具有极化不敏感特性,结构简单易于加工,可应用与天线系统、吸波材料等领域。将超材料吸波器应用于天线中可缩减天线的RCS,表明其在电磁隐身等方面有潜在应用价值。
【图文】：

实部,磁导率,磁场矢量,电场矢量

第 1 章绪论意义的等效电磁参数（即介电常数和磁导率）来表作用，，根据等效电磁参数的正负对自然界中的材料其介电常数实部与磁导率实部大多为正数，人们将相反的情况定义为“双负材料”(Double-Negative M(Left-Handed Materials，LHM)；单负材料(Single-Ne或者磁导率实部中有一个为负数；近零折射率材Z)介电常数的实部和磁导率的实部都近似为零[1-3]。

材料结构,电磁

重庆邮电大学硕士学位论文第 1 章绪论通过阅读超材料的相关文献，总结其基本特点主要分为以下几点：(1)超材料的结构尺寸远小于工作波长，属于亚波长人工结构；(2)超材料是由单元结构以周期性排列而成的阵列；(3)超材料具有天然材料没有的超常物理特性，如逆多普勒效应、负折射现象等；(4)超材料的特异电磁效应不是来源于材料本身，而是决定于谐振结构单元的设计。图 1.2 为几种典型的超材料结构。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】