超材料吸波体及其传感应用研究

发布时间：2020-11-16 18:05

　　 超材料吸波体因其所特有的完美吸收特性,在电磁隐身、电磁兼容等领域取得了非常广泛的应用。但随着空间电磁复杂度的不断提高,电子设备的干扰日益严重,对多频带吸波体的需求也越来越迫切。此外,超材料吸波体谐振频点对其基板媒质介电特性敏感,在传感技术领域展现出快速、高效和无损等潜在特性,引起了科研人员的广泛关注,逐渐成为了传感技术领域的研究热点。本论文以传统吸波理论为基础,利用多谐振器平面技术设计了一款新型六带超材料吸波体,揭示了其电磁谐振机理和吸波机制;基于超材料吸波体的成功设计经验,将超材料谐振吸波技术应用于介电媒质检测领域,利用微流控加载液态媒质技术,提出了一款适用于食用油快速无损检测的超材料吸波传感器。通过微波谐振器与微流体集成制造工艺,来解决传统测试方案中器件必须与被测媒质物理接触的核心技术难题,为介电媒质的测量和鉴定提供了一条新思路。(1)基于新型Ω形谐振器设计了一款六频带吸波体。利用Ω形多模谐振器在水平极化波和垂直极化波的激励下具有不同吸收频带的特性,通过中心对称的方式放置了四个相同的Ω形谐振器,提出了一种增加吸波体吸收频带的设计方法,在3.95 GHz,6.61 GHz,9.17 GHz,11.22 GHz,12.59 GHz和15.63 GHz下实现了六频带极化不敏感的完美吸收,其仿真吸收率分别达97.04%,99.57%,99.54%,98.95%,99.94%和99.49%;通过分析表面电流及功率损耗密度分布规律,揭示了吸波体的电磁谐振吸波机理;基于传输线理论和电流分布特性,提取了各吸收频点下的等效集总参数,利用多谐振器耦合理论,建立了6频带吸波体的精确等效电路模型;最后,搭建自由空间测试平台,在4.01 GHz,6.68 GHz,9.23 GHz,11.17GHz,12.57 GHz和15.02 GHz频点下分别实现了94.35%,99.35%,99.27%,98.33%,98.35%和93.58%的吸收率,其测试结果与仿真一致,进一步验证了设计方法的正确性。(2)设计了一款应用于植物食用油种类鉴定的吸波体传感器。利用四个新型W形弯折线谐振器,制作了一个吸收频点为9.887GHz、Q值达147的窄带吸波体;基于传输线理论,提取了吸波体等效电路模型,推导出了衬底介电常数与电路谐振频率间的函数关系,探明了其对吸波体灵敏度的影响规律,为介电媒质传感器的设计奠定了理论基础;利用微流控技术将被测媒质加载于吸波体强诱导电场区域,实现了对媒质介电常数高灵敏度的传感特性;根据电磁场仿真结果,建立了吸收频点与被测媒质介电常数间的函数关系,得到了500MHz/每单位介电常数的最优传感器灵敏度;搭建波导测试平台,进行实验测试,相对于无介电媒质时,加载菜籽油、玉米油、花生油、芝麻油和橄榄油后,吸波体传感器分别产生了461MHz、458MHz、449MHz、444MHz和436MHz的频率偏移,基于频率偏移量设计制作的吸波体传感器实现了对菜籽油、玉米油、花生油、芝麻油和橄榄油的种类鉴定。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP212;TB34
【部分图文】：

文歧业[18]

何赛灵[19]

收频带 M1（3.98GHz），M2（9.55GHz），M3（13.01GHz），M4（15.73GHz水平极化波的激励下，吸波体激发出了三个吸收频带 N1（6.68GHz），N2（10Hz），N3（15.90 GHz）。可以注意到，吸收峰 M4 和 N3 存在重叠，同时激发能会简并为一个吸收频带。图 4.3 谐振器在水平极化和垂直极化下的吸收曲线Fig 4.3 The absorption curves of the resonator under horizontal and vertical polarized wave.2 4 6 8 10 12 14 160.00.20.40.60.81.0N2N3N1M4M3M2吸收频 （GHz）垂直极化水平极化M1
【参考文献】

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本文编号：2886506