基于多结构复合的宽频带超材料吸波体设计与实现

摘要

电磁超材料是一种新型人工复合结构或复合材料，具有不同寻常的物理特性，比如逆多普勒效应、完美透镜、负折射率、隐身斗篷现象等，引起了科学工作者的广泛关注。传统的超材料吸波体设计主要基于有效媒质理论、理想阻抗匹配理论，其基本单元一般由电谐振结构、电介质层和金属背板构成3层或多层耦合结构，呈周期性几何排列，具有厚度薄、吸收强、频带窄、密度小等特性。为了提高电磁波吸收效果，国内外提出了多种实现宽频带吸收的超材料吸波体。但这些超材料吸波体往往基于单一的频选结构，基于多结构复合的宽频带超材料吸波体仍然很少。
　　本文设计了基于四个花瓣形结构复合的超材料吸波体，花瓣形结构尺寸由半径r单一参数控制，通过微结构尺寸设计，该超材料吸波体可以在6.69GHz、7.48GHz、8.67GHz、9.91GHz四个频带实现强吸收，吸收率分别为0.96、0.99、0.99、0.98，制备样品所测得实验结果与仿真结果极其吻合，仿真和实验同时表明该吸波体具有极化不敏感特性。调节四个花瓣的半径，可以实现四个吸收峰值的频带搬移。并且通过尺寸调节，设计了THz频段基于花瓣形结构的四频点超材料吸波体。
　　分别设计了基于开槽十字形结构、开槽圆环形结构和分形结构超材料吸波体，通过激光刻蚀和手糊工艺制备了样品，实验表明在总厚度小于5mm时均不能实现低频宽频带吸收。基于3种结构设计了复合型的超材料吸波体，同时利用了3种不同结构的能量损耗特点，吸波体整体厚度小于5mm。实验表明，复合结构超材料吸波体在2.32GHz-4.32GHz范围内反射率小于-10dB，实现了电磁波的低频宽频带吸收。

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1 概论

1.1吸波材料研究背景和意义

1.2超材料的研究背景和意义

1.3本文主要研究内容

2 超材料吸波理论

2.1 吸收率

2.2超材料的电磁参数

2.2 等效传输线理论

2.3阻抗匹配原理

3 超材料仿真和测试系统

3.1前言

3.2时域有限差分法仿真简介

3.3 测试系统

4 基于花瓣形结构的宽频带超材料吸波体设计与实现

4.1前言

4.2多频点超材料吸波体结构设计和仿真

4.3四频点超材料吸波体仿真和实验分析

4.4超材料吸波体频带调控

4.5 本章小结

5 基于多结构复合的低频宽带超材料吸波体设计与实现

5.1前言

5.2基于单种结构的超材料吸波体设计与实验

5.3 基于多结构复合宽频带超材料吸波体设计与实验

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录