多频段宽角偏振不敏感超材料吸波器的研究

摘要

超材料作为一种人工复合结构或复合材料，具有自然界中存在的材料所不具备的某些特殊电磁性质，如负折射率、负群速度等，它在超分辨率成像、光学隐身、新型太阳能电池等领域具有重要的应用前景。超材料吸波器作为超材料的一个重要分支，最近近几年发展迅速，得到越来越多的关注。通过合理设计超材料的几何结构，使超材料吸波结构的表面阻抗与自由空间阻抗相匹配，可以实现对特定频段电磁波的完美吸收。超材料完美吸波器可以被应用于太赫兹成像，热辐射仪，有毒物质检测等诸多领域。
　　本文主要应用计算机模拟和理论分析相结合的方法，对单频、多频超材料吸波器波段的吸收机制进行了系统研究，得到了几何参数和材料电磁参数对吸收率的影响规律。
　　基于电磁波吸收理论和等效媒介理论等基本理论，研究了金属方形薄片超材料吸收器在中红外波段的吸收特性，通过调节其几何尺寸，能够实现单频完美吸收。结合等效电路模型分析该结构的谐振频率随几何参数的变化，并与仿真结果进行了比较。通过数值仿真计算的谐振频率和吸收率随几何参数的变化规律与通过等效电路模型推导的变化规律基本一致。通过分析超材料吸波器中电场模的分布解释其物理机制。
　　研究了一种基于电谐振器结构的超材料吸波器的吸收特性，该吸收器在太赫兹波段可实现多频、偏振无关的、宽角度完美吸收。通过改变其几何参数，实现了该结构在中红外波段的多频完美吸收。并结合其电场模分布、能量损失密度分析其吸波机理。设计了一种多频超材料吸波器，该结构由一个电谐振器和金属基板组成，能在12-24 THz的中红外波段产生两个大于90％的吸收峰，通过分析其电场模的分布，解释其吸波机理。通过 S参数反演法提取其等效参数，计算出其波阻抗。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2电磁超材料概述

1.3电磁超材料的研究进展及发展现状

1.4传统吸波材料综述

1.5超材料吸波器的研究进展及发展现状

1.6本论文的主要研究内容

第2章 超材料吸波器的理论基础及研究方法

2.1引言

2.2超材料吸波器的理论基础及仿真分析

2.3超材料吸波器的仿真分析

2.4本章小结

第3章 单频中红外超材料吸波器吸收特性研究

3.1引言

3.2基于方形金属薄片的单频超材料吸波器吸波特性研究

3.3本章小结

第4章 多频超材料吸波器的设计与吸收特性研究

4.1引言

4.2太赫兹波段超材料完美吸波器的仿真与验证

4.3中红外波段超材料吸波器的吸收特性研究

4.4本章小结

第5章 双频超材料吸波器的设计与吸收特性研究

5.1引言

5.2双频超材料吸波器的结构设计与仿真

5.3实验设计

5.4本章小结

结论

参考文献

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