微波波段全介质超表面吸波体的设计

发布时间：2020-08-04 15:59

【摘要】：随着对超表面研究的深入,越来越多的新特性被研究人员所发现,电磁超表面可以实现对入射电磁波振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控,本文利用电磁超表面对电磁波的完美吸收来设计超表面吸波体。吸波体的研究最早起源于军事领域尤其是在雷达隐身方面具有重要的意义,随着研究技术的成熟,电磁波吸收技术逐渐在能量采集,高保真成像,电磁传感方面也展示出了巨大的应用潜力。传统的超表面吸波体已经实现了在整个频谱范围内对电磁波的吸收,克服了传统吸波结构吸收率低、对极化角和入射角敏感,设计和制作困难等诸多缺点,得到了广泛的运用。但是由于传统超材料吸波结构一般由金属结构制成,其中的金属结构具有的低熔点,高欧姆损耗,和高热传导的特点,限制了其进一步的应用。而且结构还是相对复杂,一般由多层材料复合而成,设计和制作的成本仍然相对较高。因此本文提出设计微波波段的全介质超表面吸波体,可以解决金属超表面吸波体的这些问题。本文首先对金属超表面吸波体进行研究与分析,深入探究了金属超表面吸波体的吸波原理,对比了超表面吸波体相对传统吸波体的优势,反思了现有的超表面吸波体的劣势与不足,分析与整理了电磁波吸收领域的相关理论,为进一步改善吸波性能提供思考方向。本文首先提出设计了以掺杂硅为全介质超表面吸波体的构思,提出利用介质波导退化临界耦合原理来实现对电磁波吸收作用增强的方法,利用硅和PDMS设计了圆柱形的全介质超表面吸波体,分别实现了在1THZ和10GHZ附近超过90%以上的吸收率,接下来进一步提出了透明吸波的概念,利用ITO设计了在10GHZ附近超过90%以上吸收率的吸波结构,利用ITO和介质设计了宽频带的超表面吸波体,利用苯和乙氰的混合溶液设计了对可见光具有极高透过率的吸波结构,实现了对电磁波和可见光的双重“透明”。最后,论文对全介质超表面吸波体的设计过程进行了归纳总结。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;O441
【图文】：

频率选择表面,金属,吸波,介质波导

实现对特定频率的电磁波的吸收。其中以三层吸波结构最为常见，三层结构中底逡逑部一般为厚度适宜的金属背板，作用是防止电磁波发生透射，使透射系数为零。逡逑中间一层为吸波介质，常见的有ＦＲ４。常见的模型结构如下图所示（图１－１），逡逑其设计方法也比较成熟，谐振峰产生的原理也已经被研究人员所了解。逡逑ｆ逡逑＇ｔｌ逦：逦Ｔ；逦１＼邋周期逡逑介质逦逦：逦ｉ逦逦Ｉ邋）金Ｍ逡逑基板ｘ．—逦—逦—逦—逦／结构逡逑图１－１由金属和介质组成的频率选择表面［２］逡逑相对于传统超材料吸波体的研宄，针对介质波导模型的研宄只能算是刚刚起逡逑步。随着超材料吸波技术的快速发展，如何把吸波结构更好的应用到各个领域也逡逑越来越受到国内外研究者的重视。近年来，研宄人员在介质波导吸波的模型方面逡逑己经取得了一定的成果，本论文将进一步的对此进行分析和探索，对介质波导内逡逑部的谐振模式做简要介绍，分析谐振吸波的原理，尤其是在太赫兹波段，研宄工逡逑１逡逑

吸收曲线,吸收曲线,吸波体,材料

２．邋１．２超材料吸波体的的简介逡逑在２００８年１＾１１（＾［２］最早设计出了由金属结构和介质组成的超材料吸波结构，逡逑如下图所示（图２－１），吸波体为三层结构，顶部为金属谐振单元，底部为窄金逡逑属条，中间为介质层。该结构在１．２５ＴＨＺ附近对入射电磁波实现了接近１００％的逡逑吸收，后续的超材料吸波体大多以该结构为参考，不过该结构虽然设计简单，但逡逑存在许多缺点，如吸收峰太窄、对入射电磁波极化敏感、底层金属条太窄等等。逡逑————逦：逦．二？N邋ｊ逡逑—邋ｉ：＿ｒｎ逡逑１邋ｉ邋＿逦ｎ邋－邋ｍ逡逑逦逦逦—＿逡逑图２－１底部为金属条的超材料吸波体［２］逡逑１邋0邋Ｉ＂丨丨丨１＾丨丨＿丨＿丨丨丨丨丨１Ｔ－丨丨丨丨丨—丨丨■■丨逦逦１逦逦Ｔ邋＾■■■■＿■■■＂Ｔ＂逦逦逦逡逑！邋０；邋Ｉ邋＼逡逑：ＬＪｊＷ逡逑ｍｍ邋ｉｍ邋ｔｍ邋ｎｚｓ邋１２５０邋ｉ．．ｍ邋１５００逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＴＨｚ｜逡逑图２－２完美吸收的吸收曲线［３］逡逑如上图（图２－２）所示，红色曲线为透射曲线，绿色曲线为反射曲线，蓝色逡逑曲线为吸收曲线，在１．２５ＴＨＺ附近实现了一个接近１００％的吸收。逡逑７逡逑

吸波体,金属条,材料

【参考文献】