基于柔性超材料的毫米波多频吸波器

摘要

电磁超材料不仅代表了基于人工复合亚波长微结构的新型功能材料，更意味着定制化调控电磁响应，任意裁剪电磁波的逆向设计思维，即需要什么样的电磁响应，设计相应的微结构。其通常具有自然界中常规材料所不具备的一些奇特电磁特性，在电磁器件、生化检测、电磁隐身与防护等领域具有广泛的应用前景。通过合理设计超材料的微结构形状、尺寸、材料、分布等，使其整体波阻抗等于自由空间，达到完美匹配，进而实现对特定频段电磁波的完美吸收。现有的超材料吸波器的吸波频带的个数不大于其谐振器的个数，增加吸波器的吸波频带必须适当增加谐振器的个数，势必会增加吸波器的设计和加工难度，本文利用数量更少的谐振器获取更多的谐振频带和更好的吸波性能。
　　本文首先综合应用理论分析和数值模拟相结合的方法，对基于周期性双方环谐振器的吸波器在毫米波频段的多频吸收机制进行了系统研究。基于吸波理论和散射理论设计了三款基于周期性“回”字型微结构的超材料多频吸波器，运用全波分析法计算TE和TM偏振波垂直入射时三款吸波器的吸波率曲线，发现通过调节尺寸，双方环谐振器可以实现双频、三频、四频谐振，并根据强谐振时双方环及其内外环的表面电场分布探索多频吸波的物理机制。并逐个分析尺寸、材料和入射波等参数对吸波性能的具体影响。
　　接着，设计了基于RZJ-304正性光刻胶的UV-LIGA工艺和磁控溅射技术的在环氧树脂板上加工周期性双方环“三明治”式吸波器的便捷工艺，详细探讨了整套工艺的工艺流程，参数影响和注意事项，并用对制备的三款样片进行形貌表征以证实工艺的可行性。
　　其次，详细地介绍了常用的三种测试方案的测试步骤以及注意事项。本文折中选择THz-TDS测试方法，发现TDS1008实测三款样片得到吸波率曲线在低频段与电磁仿真结果大致重合，但在高频段时与数值仿真结果有些许出入，吸波率的实测值较仿真值有轻微降低。最后，通过微结构形貌表征对这些偏差的可能来源进行了合理剖析。
　　最后，对论文的主要工作和结论及其创新之处进行总结归纳，并对研究的不足和超材料吸波器下一步的发展进行总结和展望。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 传统吸波材料

1．3 超材料吸波器研究进展

1．4 论文主要内容及结构安排

2 吸波结构理论分析

2．1 Salisbury吸波屏理论分析

2．2 Jaumann吸波体理论分析

2．3 超材料吸波器吸波理论

2．4 超材料吸波器散射理论

2．5 本章小结

3 毫米波多频吸波器的结构设计与仿真分析

3．1 双方环结构设计

3．2 仿真分析

3．2．1 仿真结果及电场分析

3．2．2 尺寸对吸波的影响

3．2．3 材料对吸波的影响

3．2．4 入射波对吸波的影响

3．3 本章小结

4 毫米波多频吸波器的加工制备与工艺研究

4．1 工艺简介

4．2 版图绘制

4．3 工艺流程

4．3．1 清洗基片

4．3．2 一次镀膜

4．3．3 旋涂光刻胶

4．3．4 前烘

4．3．5 曝光

4．3．6 后烘

4．3．7 显影

4．3．8 二次镀膜

4．3．9 剥离

4．4 样片表征

4．5 本章小结

5 毫米波多频吸波器的测试验证与结果分析

5．1 测试方法简介

5．1．1 波导测试法

5．1．2 自由空间测试法

5．1．3 THz-TDS

5．2 测试系统搭建

5．3 测试结果及分析

5．4 本章小结

6．1 研究总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢