一组“轻薄-宽频带-高吸收”新型高效微波吸收材料的研发与应用
发布时间：2021-03-22 11:04
微波吸收材料是一类将入射电磁波吸收或衰减的功能材料,在军用屏蔽、隐身技术以及电子设备抗电磁干扰等领域都有着广泛应用。随着通信技术的发展,电子器件趋于小型化、集成化,各种设备的海量连接以及多元化电磁波发射源增多使得周围的电磁环境日益复杂,将引起更严重的电磁干扰问题。传统的吸波材料已经很难满足“超薄、超轻、宽频带、强吸收”的吸波高要求。而超材料吸波体是人工设计的亚波长结构,能够在薄的厚度下实现宽频强吸收,具有设计灵活,吸收机制多样的特点,可极大的改善传统材料的诸多缺陷。本文根据超材料设计理念,以手性螺旋为超材料结构单元,通过合理的周期排布、结构嵌套、与磁性吸波材料复合的等方法,设计了三款性能优异的超材料吸波体,具体的工作内容如下:（1）利用金属螺旋结构以及手性超材料特性,设计和制备了同轴嵌套的“螺旋超材料吸波器”,其具有宽频带、极化不敏感性和广角吸收的特点。通过改变周期阵列、螺旋直径以及嵌套类型,灵活地调控吸收带宽、峰位置和峰强度。实验证实了在8～40 GHz范围内,小于-10 dB的吸收带宽最高可达27.68 GHz,并在极化角（0°～315°）和入射角（35°～70°）范围内表现出不敏...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
左旋和右旋组成的多螺旋结构示意图，(a)双螺旋，(b)三螺旋，(c)四螺旋
第一章绪论3图1.1左旋和右旋组成的多螺旋结构示意图，(a)双螺旋，(b)三螺旋，(c)四螺旋。1.2.2.1三维手性超材料就电磁响应而言，手性材料的特征在于沿着相同方向的电场和磁场之间的交叉耦合。并且电磁波传播遵循以下关系：（1.2）（1.3）手征参数用κ表示，m是整数，d为材料的厚度，k0表示波矢，t+和t-分别是右旋光和左旋光的透射系数。（1.2）和（1.3）式分别是κ的虚部与对于左旋光和右旋光的透射系数差异和κ的实部与相位差之间的关系。并且手性材料在磁场或电场中形成单一的共振，就可以实现负折射率。早在2001年，Smith等人[9]设计了玻璃纤维电路板上方形铜开口环谐振器组成的左手材料（LHM），实现了负的折射率，如图1.2a所示，这也是三维结构的超材料第一次实现了负折射率。在此基础上，Pendry教授等人[4]利用手性理念设计三维超材料，在2004年提出了瑞士卷结构（Swissrollstructure），螺旋之间形成电感以及内层和外层之间形成电容，可同时实现电共振和磁共振，证明了强的手性可以实现负折射率，如图1.2b所示。图1.2（a）典型的开口谐振环加线阵列左手材料，（b）瑞士卷结构。
第一章绪论42005年，JeffreyChiWaiLee等人[10]将三维手性螺旋结构排列在六角形晶格中，描述了螺旋形周期性阵列的能带结构和传输特性，图1.3所示。在2008年，JasonValentine等人[11]制备了3D渔网结构超材料，具有高达3.5的品质因数，在1.775μm光谱范围内都有负折射率，图1.4所示。图1.3螺旋结构及其布里渊区的示意图图1.4三维渔网结构超材料在2009年，Wang等人[12]设计了三维手性各项同性SRR结构（图1.5），基板两侧耦合开环谐振器（SRR）的电场与磁场之间形成很强的交叉耦合，证实了手性超材料（CM）中强大的手性可实现负折射率。在2010年，刘娜博士和HaraladGiessen教授[13]制备了堆叠式的开口环谐振器和渔网超材料，如图1.6所示。扭曲色散在材料中发生了反交叉，证明了高阶多电极相互作用的存在，并且手性结构的设计也为超材料的可调谐性提供了极大的灵活性。利用类似的螺旋结构，JustynaK.Gansel等人[14]在2012年设计了金螺旋锥形超材料的宽带圆偏振器，并通过数值计算验证了逐渐减小的金螺旋半径可以使带宽增加到1.5倍以上，如图1.7所示。手性超材料可以通过特殊的手性金属结构而不是使用天然存在的手性材料来显著增强电磁耦合。迄今为止，制备三维手性超材料仍是一项艰巨的任务，现已提出许多不同的结构和制造方法，但大多数的研究主要集中在光波段，而微波
【参考文献】：
期刊论文
[1]《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》[J]. 本刊编辑部. 职业技术教育. 2017(03)
[2]手性超材料的设计、电磁特性及应用[J]. 徐新龙,黄媛媛,姚泽瀚,王倩,宇磊磊. 西北大学学报(自然科学版). 2016(01)
本文编号：3094035
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
左旋和右旋组成的多螺旋结构示意图，(a)双螺旋，(b)三螺旋，(c)四螺旋
第一章绪论3图1.1左旋和右旋组成的多螺旋结构示意图，(a)双螺旋，(b)三螺旋，(c)四螺旋。1.2.2.1三维手性超材料就电磁响应而言，手性材料的特征在于沿着相同方向的电场和磁场之间的交叉耦合。并且电磁波传播遵循以下关系：（1.2）（1.3）手征参数用κ表示，m是整数，d为材料的厚度，k0表示波矢，t+和t-分别是右旋光和左旋光的透射系数。（1.2）和（1.3）式分别是κ的虚部与对于左旋光和右旋光的透射系数差异和κ的实部与相位差之间的关系。并且手性材料在磁场或电场中形成单一的共振，就可以实现负折射率。早在2001年，Smith等人[9]设计了玻璃纤维电路板上方形铜开口环谐振器组成的左手材料（LHM），实现了负的折射率，如图1.2a所示，这也是三维结构的超材料第一次实现了负折射率。在此基础上，Pendry教授等人[4]利用手性理念设计三维超材料，在2004年提出了瑞士卷结构（Swissrollstructure），螺旋之间形成电感以及内层和外层之间形成电容，可同时实现电共振和磁共振，证明了强的手性可以实现负折射率，如图1.2b所示。图1.2（a）典型的开口谐振环加线阵列左手材料，（b）瑞士卷结构。
第一章绪论42005年，JeffreyChiWaiLee等人[10]将三维手性螺旋结构排列在六角形晶格中，描述了螺旋形周期性阵列的能带结构和传输特性，图1.3所示。在2008年，JasonValentine等人[11]制备了3D渔网结构超材料，具有高达3.5的品质因数，在1.775μm光谱范围内都有负折射率，图1.4所示。图1.3螺旋结构及其布里渊区的示意图图1.4三维渔网结构超材料在2009年，Wang等人[12]设计了三维手性各项同性SRR结构（图1.5），基板两侧耦合开环谐振器（SRR）的电场与磁场之间形成很强的交叉耦合，证实了手性超材料（CM）中强大的手性可实现负折射率。在2010年，刘娜博士和HaraladGiessen教授[13]制备了堆叠式的开口环谐振器和渔网超材料，如图1.6所示。扭曲色散在材料中发生了反交叉，证明了高阶多电极相互作用的存在，并且手性结构的设计也为超材料的可调谐性提供了极大的灵活性。利用类似的螺旋结构，JustynaK.Gansel等人[14]在2012年设计了金螺旋锥形超材料的宽带圆偏振器，并通过数值计算验证了逐渐减小的金螺旋半径可以使带宽增加到1.5倍以上，如图1.7所示。手性超材料可以通过特殊的手性金属结构而不是使用天然存在的手性材料来显著增强电磁耦合。迄今为止，制备三维手性超材料仍是一项艰巨的任务，现已提出许多不同的结构和制造方法，但大多数的研究主要集中在光波段，而微波
【参考文献】：
期刊论文
[1]《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》[J]. 本刊编辑部. 职业技术教育. 2017(03)
[2]手性超材料的设计、电磁特性及应用[J]. 徐新龙,黄媛媛,姚泽瀚,王倩,宇磊磊. 西北大学学报(自然科学版). 2016(01)
本文编号：3094035
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