可透光宽带电磁吸波器设计

发布时间：2020-09-22 14:07

　　电磁吸波器是一种重要的器件,它在电磁兼容、电磁隐身、信息安全等领域扮演着非常重要的角色。随着科学技术的迅速发展,各类电子元件产生了大量不同频率的电磁辐射,对电磁吸波器的性能、尺寸、稳定性等指标提出了更高的要求。电磁超材料吸波器由于其吸收率高、设计灵活等优点得到了日益广泛的应用。本文以基于电磁超材料的可透光宽带电磁吸波器为研究对象,主要做了以下几个方面的工作:1.利用多个不同谐振单元组合的方法,设计了两款电磁超材料多频吸波器,分别实现了在三个频段和五个频段对入射电磁波高效吸收,并且对电磁超材料吸波器的吸收机理进行了分析,为后面可透光宽带电磁吸波器设计打下了基础。2.设计了一款基于氧化铟锡薄膜的可透光超宽带电磁吸波器,利用透明的氧化铟锡薄膜和硼硅玻璃基板构造吸波器单元结构,实现了整体结构的可见光透明。该结构具有超宽带的吸收性能,并且该吸波器的吸收性能对电磁波的入射角度和极化方向不敏感,具有良好的稳定性。3.设计了一款工作在无线通讯频段的可透光宽带空气夹层电磁吸波器,通过在两层玻璃基板间引入空气夹层,大大减轻了吸波器结构的整体重量,该结构在1.67-3.8GHz频率范围内对垂直入射电磁波吸收率超过90%,实现了对WLAN、3G、4G通信频段的覆盖。对设计的可透光宽带空气夹层电磁吸波器结构进行了加工制作,在微波暗室中对吸波器样品进行了测试,测试结果与仿真结果具有良好的一致性,验证了吸波器设计的正确性。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH89
【部分图文】：

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超材料的各种功能器件一定会给人们带来更多便利。吸波器种能够吸收、损耗入射电磁波能量的功能器件。任何入射、透射和吸收，而利用电磁吸波器可以消除电磁波的反射二战中美国研究人员 Winfield Salisbury 发明的 Salisbury 作波长厚度的介质板和底层金属反射层三部分组成，当时截面（RCS, Radar Cross Section），以降低设备被雷达探测作频段较窄，后来 Jaumann 对 Salisbury 的设计进行了改介质改进为多层薄膜多层介质，拓展了工作带宽，但是吸在隐身技术、电磁兼容、信息安防等领域巨大的应用前景深入研究，并且由一开始的军用进入到民用领域。在微波统吸波器中的一种，它的材料主要是吸波海绵，吸波材料好的与空气匹配，减小电磁波的反射。

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南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文是介质基板，而下层是一层完整的金属背板反射层（Ground Plane）材料吸波器的输入阻抗必须和空气完美匹配，而超材料吸波器的等的等效介电常数和等效磁导率决定的，当吸波器结构等效的介电常结构的输入阻抗与空气阻抗相等，此时达到完美匹配，入射电磁波射。而进入到吸波器结构中的能量会被介质基板和金属损耗，从而

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总之，超材料电磁吸波器有着很大的应用前景，在不同频段、不同应用场景情况，超材料电磁吸波器都有着独特的优势。.2.3 电磁超材料吸波器国内外研究现状电磁超材料吸波器最早是由 N.I. Landy 等研究人员在 2008 年提出的[16]，这款电磁超材料吸器结构分为三个部分：上层是周期性金属谐振环（Electric Ring Resonator，ERR），中间层是R4 介质基板、下层是周期性金属截断线，该结构的模型结构图在图 1.3(a)中给出。上层的金谐振环对应结构的电谐振，而下层金属条与上层金属谐振环的中间臂之间的反向电流则对应构的磁谐振，该结构可以灵活的调控电谐振与磁谐振。Landy 等人对模型在商业仿真软件 CSTComputer Simulation Technology）中对模型进行了仿真，仿真吸收率结果图如图 1.3(b)所示，真结果显示在 11.48GHz 频率处电磁超材料吸波器对入射电磁波的吸收率高达 99%，几乎将射电磁波完全吸收，所以 Landy 等人将这种吸波器结构称作“完美”吸波器，并且对该吸波结构进行了加工测试，由于加工精度的原因，实验获得的吸波器吸收率为 88%。此外，Landy人通过仿真分析，发现这种电磁超材料吸波器对电磁波的损耗绝大部分来自于介质板带来的质损耗，主要集中在金属谐振环的下方，而吸波器的金属结构带来的欧姆损耗非常低。

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