超材料吸收器的研制与性能分析
发布时间：2020-12-12 05:05
超材料是一种人工复合材料,它具有天然材料所不具备的超常的物理性能,其电磁响应主要取决于材料性能和微观结构的物理尺寸和结构排列。因此基于超材料的吸收器可以通过合理设计其尺寸和结构来获得任意的介电常数和磁导率,从而达到对特定频率电磁波的完美吸收。超材料吸收器具有厚度薄、体积小、结构简单、吸收率高等优点,可广泛应用于电磁隐身、传感器、热成像、电磁屏蔽等领域。本论文主要研究了微波范围内的超材料吸收器,内容如下:（1）提出了一种具有广角和极化不敏感性的双频超材料吸收器。该超材料吸收器由上下两个铜层和中间一个FR-4电介质层组成。它的顶层由一个十字形谐振器和一个方形环形谐振器构成。计算结果表明,该超材料吸收器在3.8441GHz和9.1094GHz处各有一个吸收峰,吸收率分别为99.933%和99.99%,且其厚度仅为最低吸收频率波长的1.34%。该双波段超材料吸收器对垂直入射的电磁波极化不敏感,且在较大入射角入射的条件下对TE和TM极化波仍均有较高的吸收率。我们还对其工作机理进行了探讨并分析了主要参数对该超材料吸收器吸收性能的影响。（2）提出了一种极化不敏感的三波段超材料吸收材料。它由三层结构组...
【文章来源】： 江成鑫 吉林大学
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆柱形金属线结构[5]
第1章绪论2的情况，提出的金属线结构如图1.2所示。1999年，PendryJ.B又利用金属开口谐振环结构实现了在某一频率范围磁导率为负值的情况[6]，其结构如图1.3所示。这两种结构单元的提出为证实Veselago提出的左手材料提供了可能。εμε>0,μ<0ε>0,μ>0ε<0,μ<0ε<0,μ>0(mostmaterials)(lessexplored)图1.1材料按电磁参数分类图1.2圆柱形金属线结构[5]图1.3开口谐振环结构[6]2000年，SmithD.R等人将Pendry提出的具有负介电常数的圆柱金属线和具有负磁导率的金属开口谐振环结构相结合，首次报道了构造左手材料的方法[7]，
第1章绪论3从而证实了Veselago的预测。2001年，Smith等人利用铜开口环和铜线制备了在微波频段具有负介电常数和负磁导率的介质样品[8]，如图1.4所示。他们在实验中观察到一束微波照射到人工材料上发生负偏转角度的折射现象，从而证实了负折射率材料的存在。随后，超材料的研究进入的爆炸式的发展，超材料的研究已经涉及到多个领域，如隐身斗篷[9-11]，超透镜[12-14]，天线[15-17]等。图1.4双负材料样本[8]由于超材料具有亚波长结构，因此可以用等效介质理论来描述其材料参数和物理性质。由于谐振的特性，在谐振频率附近，超材料会产生较大的介电损耗，利用超材料中的介电损耗，可实现对电磁波的高吸收，因此电磁波吸收器也是超材料的一个非常重要的研究领域。基于超材料结构的电磁波吸收器(metamaterialabsorber)是一种能将位于工作波长的入射电磁波进行有效吸收，并且将入射电磁波转化其它形式的能量的器件[18]。超材料吸收器可以通过优化结构参数来调整材料的电磁参数使其达到阻抗匹配，从而使特定频率的电磁波入射到吸收器时，能够完全进入材料中没有反射分量产生。传统的吸收器是采用高固有损耗的材料作为吸收层，而超材料吸收器则通过结构的设计来实现对电磁波的吸收。它一般由简单的三层结构组成，顶层为周期性的金属图案，中间层为电介质或绝缘体材料，底层一般采用厚度远大于电磁波在金属中的趋肤深度的连续金属薄膜，可以阻挡电磁波的透射。有时为了加工的需要加一层支撑基板（如硅，二氧化硅）。通过合理的结构设计，可以实现对特定频率电磁波的完美吸收。超材料吸收器具有厚度雹体积孝结构简单、吸收率高等优势，可广泛应用于传感器[19,20]，光伏电池[21-23]，热辐射计[24-26]和电磁隐身[27,28]等领域。自2008年Landy等人第一次提出
本文编号：2911907
【文章来源】： 江成鑫 吉林大学
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆柱形金属线结构[5]
第1章绪论2的情况，提出的金属线结构如图1.2所示。1999年，PendryJ.B又利用金属开口谐振环结构实现了在某一频率范围磁导率为负值的情况[6]，其结构如图1.3所示。这两种结构单元的提出为证实Veselago提出的左手材料提供了可能。εμε>0,μ<0ε>0,μ>0ε<0,μ<0ε<0,μ>0(mostmaterials)(lessexplored)图1.1材料按电磁参数分类图1.2圆柱形金属线结构[5]图1.3开口谐振环结构[6]2000年，SmithD.R等人将Pendry提出的具有负介电常数的圆柱金属线和具有负磁导率的金属开口谐振环结构相结合，首次报道了构造左手材料的方法[7]，
第1章绪论3从而证实了Veselago的预测。2001年，Smith等人利用铜开口环和铜线制备了在微波频段具有负介电常数和负磁导率的介质样品[8]，如图1.4所示。他们在实验中观察到一束微波照射到人工材料上发生负偏转角度的折射现象，从而证实了负折射率材料的存在。随后，超材料的研究进入的爆炸式的发展，超材料的研究已经涉及到多个领域，如隐身斗篷[9-11]，超透镜[12-14]，天线[15-17]等。图1.4双负材料样本[8]由于超材料具有亚波长结构，因此可以用等效介质理论来描述其材料参数和物理性质。由于谐振的特性，在谐振频率附近，超材料会产生较大的介电损耗，利用超材料中的介电损耗，可实现对电磁波的高吸收，因此电磁波吸收器也是超材料的一个非常重要的研究领域。基于超材料结构的电磁波吸收器(metamaterialabsorber)是一种能将位于工作波长的入射电磁波进行有效吸收，并且将入射电磁波转化其它形式的能量的器件[18]。超材料吸收器可以通过优化结构参数来调整材料的电磁参数使其达到阻抗匹配，从而使特定频率的电磁波入射到吸收器时，能够完全进入材料中没有反射分量产生。传统的吸收器是采用高固有损耗的材料作为吸收层，而超材料吸收器则通过结构的设计来实现对电磁波的吸收。它一般由简单的三层结构组成，顶层为周期性的金属图案，中间层为电介质或绝缘体材料，底层一般采用厚度远大于电磁波在金属中的趋肤深度的连续金属薄膜，可以阻挡电磁波的透射。有时为了加工的需要加一层支撑基板（如硅，二氧化硅）。通过合理的结构设计，可以实现对特定频率电磁波的完美吸收。超材料吸收器具有厚度雹体积孝结构简单、吸收率高等优势，可广泛应用于传感器[19,20]，光伏电池[21-23]，热辐射计[24-26]和电磁隐身[27,28]等领域。自2008年Landy等人第一次提出
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