一种基于超材料的六频带吸波体设计

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基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究

波器在ｘ波段雷达、电磁隐身等方面有着巨大的潜在应用。
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关键词：超材料吸波器；宽频带；高吸收率；集总电阻
中图分类号：ＴＮ９７２＋．４４
文献标识码：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．１７１４１２
ｈｉｇｈａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｆｏｒｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｗｊｔｌ１ｗｉｄｅｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｕｒ－
ｆａｃｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｂｓｏｒｂｅｒ．ＴｈｅｂｒｏａｄｂａｎｄｈｉｇｈａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄｈａｓａｈｕｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＸｂａｎｄｒａｄａｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｅａｌｔｈａｎｄＳＯｏｎ．ＫｅｙＷＯｒｄｓ：ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ；ｈｉｇｈａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｌｕｍｐｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
中文引用格式：于榭彬，宋耀良，范事成．基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究【Ｊ】．电子技术应用，２０１７，４３（１２）：８９—９１，９５．英文引用格式：ＹｕＸｉｅｂｉｎ，ＳｏｎｇＹａｏｌｉａｎｇ，ＦａｎＳｈｉｃｈｅｎｇ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｄｈｉｇｈａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄＯｉｌｍｅｔａｍａｔｅ‘ ｒｉａｌ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１７，４３（１２）：８９—９１，９５．

基于等离子体超材料局部场调控特性的低频吸波材料设计方法

基于等离子体超材料局部场调控特性的低频吸波材料设计方法王振旭;王甲富;熊鑫蒙;富新民;丁畅;韩亚娟;孙杉
【期刊名称】《空军工程大学学报》
【年(卷),期】2024(25)1
【摘要】实现低频段雷达波的高性能吸收,通常需要增大磁性吸波材料(MAs)的厚度,这无疑会增加吸波材料的重量,制约实际应用潜能。

对此,本文我们提出了基于等离子体超材料(PM)调控传统磁性吸波材料内部磁场的方法,利用金属短线调控磁场分布的特性,通过增强其与底层金属底板之间整个局部空间的磁场强度,在其中加入传统磁性吸波材料后,就能有效提升传统磁性吸波材料的吸波性能,进而使整体结构在其工作频段都具有较强的吸波性能。

仿真和实验结果表明:垂直入射时,所设计的吸波超材料可在0.9~2.2 GHz频段内实现高效吸收,入射角逐渐增大到60°时,90%的吸收带宽仍可以达到0.73~3.12 GHz。

该设计方法在雷达隐身、电磁兼容和通信等领域都具有较大的潜在应用。

【总页数】6页(P11-16)
【作者】王振旭;王甲富;熊鑫蒙;富新民;丁畅;韩亚娟;孙杉
【作者单位】空军工程大学基础部;苏州实验室;93160部队
【正文语种】中文
【中图分类】TN811;O441.4
【相关文献】
1.一种基于等离子体超材料的吸波器设计
2.基于超材料设计的钡铁氧体吸波涂层研究
3.基于反射特性的碳纳米管吸波材料吸波性能检测方法
4.基于石墨烯的低频段多功能的超材料吸波体设计
5.基于双磁介质层复合的超材料低频吸波体研究
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《2024年基于超材料的太赫兹滤波器研究》范文

《基于超材料的太赫兹滤波器研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，太赫兹（THz）波段在通信、雷达、生物医学等领域的应用越来越广泛。

然而，由于太赫兹波段的特殊性质，如波长短、频率高等，使得其器件的研发面临诸多挑战。

近年来，超材料作为一种新型的材料体系，在太赫兹波段的应用研究中受到了广泛关注。

本文旨在探讨基于超材料的太赫兹滤波器的研究现状与进展。

二、超材料及其在太赫兹波段的应用超材料是一种人工合成的、具有特殊电磁特性的材料。

其特殊的物理性质使其在太赫兹波段具有广泛的应用前景。

超材料通过精确地设计其结构，可以实现对电磁波的特殊调控，如改变电磁波的传播速度、相位等。

因此，超材料在太赫兹滤波器、透镜、吸收器等方面具有巨大的应用潜力。

三、基于超材料的太赫兹滤波器研究1. 滤波器设计原理基于超材料的太赫兹滤波器主要通过设计特殊的超材料结构，实现对太赫兹波的传输与过滤。

具体而言，通过设计具有特殊几何形状的金属结构阵列，并利用其与电磁波的相互作用，实现对特定频率的太赫兹波的传输与过滤。

此外，还可以通过改变超材料的厚度、周期等参数，进一步优化滤波器的性能。

2. 滤波器结构类型根据超材料结构的不同，太赫兹滤波器可以分为多种类型。

常见的包括基于环状结构的滤波器、基于鱼网结构的滤波器以及基于多层次结构的滤波器等。

这些滤波器结构各具特点，如环状结构滤波器具有较高的频率选择性，鱼网结构滤波器则具有较好的透射性能等。

3. 实验研究及性能分析众多研究表明，基于超材料的太赫兹滤波器具有良好的性能。

例如，某研究团队通过设计一种特殊的环状结构超材料，成功实现了对特定频率的太赫兹波的高效传输与过滤。

实验结果表明，该滤波器具有较高的传输效率、较低的插入损耗以及良好的频率选择性等特点。

此外，还有研究表明，通过优化超材料结构及制备工艺，可以进一步提高太赫兹滤波器的性能。

四、面临的挑战与展望尽管基于超材料的太赫兹滤波器取得了显著的进展，但仍面临诸多挑战。

一种加载超材料吸波体的新型二面角反射器的设计

第１４卷第６期
２０１３年１２月
空
军
工
程
大
学
学
报（自然科学版）
Ｖｏ１．１４Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２０１３
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＩＲＦＯＲＣＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＵＮＩＶＥＲｓＩＴＹ（ＮＡＴｕＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥＥＤＩＴＩＯＮ）
计了一种加载超材料吸波体的新型角反射器，在８ＧＨｚ、ｌ１．５ＧＨｚ以及１２ＧＨｚ这３个频点，产生近似相同的后向雷达散射截面，并对该角反射器的性能进行测试验证，结果表明：加载超材料吸波体后，在１１．５ＧＨｚ频点，其中心ＲＣＳ值下降约２ｄＢｓｍ；在１２ＧＨｚ频点，其中心ＲＣＳ值下降约３．６ｄＢｓｍ，在８ＧＨｚ频点，其ＲＣＳ值与普通角反射器一致，两者的ＲＣＳ曲线无明显差别。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｒｎｅｒｒｅｆｌｅｃｔｏｒｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙｄｅｐｅｎｄ—
一
种加载超材料吸波体的新型二面角反射器的设计
祝寄徐，裴志斌，屈绍波，谢明达
（空军工程大学理学院，陕西西安，７１００５１）

基于二氧化钒超材料的双窄带太赫兹吸收器

第 21 卷第 12 期2023 年 12 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.21，No.12Dec.，2023基于二氧化钒超材料的双窄带太赫兹吸收器曹俊豪，饶志明*，李超(江西师范大学物理与通信电子学院，江西南昌330224)摘要：提出一种基于二氧化钒(VO2)超材料的吸收器，由3层结构组成，从上往下分别为2个VO2圆、中间介质层和金属底板。

仿真数据表明，该吸收器有2个很强的吸收峰，分别为4.96 THz 和5.64 THz，相对应的吸收率为99.1%和98.5%。

利用阻抗匹配理论和电场分布进行分析，阐明了吸收的物理机制，并进一步分析了结构参数对吸收率的影响。

所提出的吸收器具有可调谐的特点，能够灵活调控吸收率，为太赫兹波的调控、滤波等功能的实现提供了良好的方案。

该吸收器在图像处理、生物探测和无线通信领域都有潜在的应用。

关键词：太赫兹；超材料；二氧化钒；吸收器中图分类号：TB34 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2023148 Dual-narrowband THz absorber based on vanadium dioxide metamaterialCAO Junhao，RAO Zhiming*，LI Chao(College of Physics and Communication Electronics，Jiangxi Normal University，Nanchang Jiangxi 330224，China)AbstractAbstract：：A metamaterial absorber based on vanadium dioxide(VO2) is presented. This structure consists of three layers including two vanadium dioxide circles, intermediate dielectric layer, and metalsubstrate from top to bottom. The simulated data shows that the absorber has two strong absorption peaks,at 4.96 THz and 5.64 THz respectively, and the corresponding absorption rates reach 99.1% and 98.5%.The physical mechanism of absorption is clarified by using the impedance matching theory and theelectric field distribution. The effect of the structural parameters on the absorption rate is also analyzed.In addition, the proposed absorber can regulate the absorption rate flexibly, which provides a goodscheme for the realization of terahertz wave regulation, filtering and other functions. Therefore, thisabsorber has potential applications in image processing, biological detection, and wireless communication.KeywordsKeywords：：THz；metamaterial；vanadium dioxide；absorber太赫兹波是指频率为0.1~10 THz的电磁波，相应波长为30 μm~3 mm，它的电磁波谱左侧和右侧分别为电子学和光子学，因此也被称为太赫兹间隙[1]。

一种基于超材料的吸波结构设计

ＺＨＡＮＳｈｅｎｇｂａｏ，ＬＩＵＴａｏ，ＮＩＳｈｏｕｃｈｕｎ，ＸＩＡＯＷｅｎｂｉａｏ，ＦＵＸｉａｎｇ
（１．ＣｈｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｕｚｈｏｕ２３９０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ料的吸波结构设计
占生宝 ’ ，刘涛，倪受春，肖文标。，付翔
（１．滁州学院，安徽滁州２３９０００；２．空军工程大学电讯工程学院，陕西西安７１００７７；３．中国人民解放军９４８４０部队，江苏南京２１０００７）
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅａｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．
关键词吸波体；超材料；极化稳定中图分类号ＴＮ８２文献标识码Ａ文章编号１００４ — ２４４Ｘ（２０１３）０１ — ００７８ — ０５
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄｏｎｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ

不同结构柔性电磁超材料吸波体的最新研究进展

不同结构柔性电磁超材料吸波体的最新研究进展作者：焦馨宇张富勇刘元军赵晓明来源：《现代纺织技术》2024年第06期DOI： 10.19398/j.att.202310021摘要：传统的电磁超材料通常具有刚性结构，其应用受到一定限制，无法满足当前市场需求，因此质轻、吸收强、吸收频带宽的柔性电磁超材料吸波体的开发利用成为重要的发展方向。

文章从柔性电磁超材料吸波体结构出发，概括了基于3层结构的柔性电磁超材料吸波体的最新研究，讨论了基于3层以上结构的柔性电磁超材料吸波体的研究现状，介绍了三维立体结构的柔性电磁超材料吸波体的研究进展，并展望了柔性电磁超材料吸波体未来的发展方向。

柔性电磁超材料吸波体在电磁波防护方面具有巨大的潜力，未来将在各个领域得到广泛应用。

关键词：超材料；吸波材料；柔性材料；电磁防护中图分类号：TS102. 4文献标志码：A文章编号：1009-265X（2024）06-0116-13收稿日期：20231026网络出版日期：20240227基金項目：中国工程院咨询研究项目（2021DFZD1）；天津市科技计划项目创新平台专项（17PTSYJC00150）作者简介：焦馨宇（1999—），女，内蒙古乌兰察布市人，硕士研究生，主要从事防护纺织品方面的研究。

通信作者：刘元军，E-mail：********************随着科学技术的进步，电磁波的应用在各个领域为人类的繁荣进步作出了不可替代的巨大贡献［1］。

但大量电磁波所产生的强烈的电磁辐射，会对人体和环境造成一定的危害；另外，军事设备所发射的电磁波信号可能引发信息泄露的风险［2］。

因此，人们对设备或人员进行电磁防护的需求日益迫切，各种吸波材料的研发方法成为当前研究的热点。

传统吸波材料存在吸收频带窄、柔性差等问题，因而其应用受到一定限制［3］。

超材料具有超常物理性能和人工复合结构。

超材料重要的应用之一是超材料吸波体。

研究人员通过较强的人工干预对超材料吸波体的周期性结构进行设计，可使其能够应用于不同电磁波频段［4］。

超材料在完美吸波器中的应用

超材料在完美吸波器中的应用张勇;张斌珍;段俊萍;王万军【摘要】超材料的电磁响应不仅由其构成材料决定，更与其谐振单元的微结构和排列组合息息相关，基于电磁超材料的完美吸波器（Perfect Metamaterial Absorber ，PMA）通过设计合理的谐振器微结构可实现对特定频段电磁波的100％吸收。

PM A具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点，可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。

本文在结合国内外研究现状的基础上综述了基于PM A发展历程、结构特征、制备工艺、性能测试等，以期获得对PM A更为深刻和全面的理解。

最后对PM A的发展趋势、应用前景和亟待解决的问题做了探讨，具备多功能的主动智能PM A和基于新工艺、新材料的新型PM A将是未来的发展趋势。

%Electromagnetic response of metamaterials is not only determined by its component materi‐als but also the microstructure and arrangements of its resonant elements .T he perfect absorber pre‐pared by metamaterial (PM A ) can realize 100% absorption in specific frequency bands by designing reasonable structures of resonators .PM A can be applied in many domains ,such as stealth material , frequency selective surface ,terahertz imaging ,micro antenna ,intelligentcommunication ,detection and regulation of electromagnetic wave because of its flexible designing ,adjustable response ,strongabsorption ,broad band ,thin thickness ,light mass .Based on the present study situation at home and abroad ,we summarized thedevelopment ,structure ,preparation and test of PMA .In order to gain amore profound and comprehensive understanding on PMA ,we also explored its trends ,prospects and urgent problems .Proactive and intelligent PMA with multi functions and new PMA prepared by new material and new process are the future development trends .【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2016(044)011【总页数】9页(P120-128)【关键词】吸波器;超材料;隐身衣;综述【作者】张勇;张斌珍;段俊萍;王万军【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器与电子学院，太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器与电子学院，太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051; 中北大学仪器与电子学院，太原030051;路易斯安那州立大学机械工程系，美国巴吞鲁日70803【正文语种】中文【中图分类】TB331;TB34;O433随着电磁探测技术的快速发展，电磁信息的泄漏给世界各国的防御体系和军事装备的生存能力带来了严重威胁，为此隐身技术应运而生，采用吸波材料是隐身技术的一种重要形式，常见的吸波材料有等离子体吸波层[1]、纳米吸波材料[2]、铁氧体吸波材料[3]、导电高聚物吸波材料[4,5]、手性材料[6]、超材料等。

一种基于超表面的超宽带THz吸波体

一种基于超表面的超宽带THz吸波体熊旋;荣丰梅;文元美【摘要】设计了一种超表面宽带太赫兹(THz)吸波体,吸波单元由开裂的椭圆金属环组成,其地板和椭圆环都是金,两层金之间是介质层.椭圆环由两个轴比不同的椭圆相减而成.结果表明,当设定吸波体的最低吸收率为90％,垂直入射时,该吸波体的吸收相对带宽达到了91.7％(0.98～2.64 THz),在f=1.74 THz,其最大吸收率达99.99％.讨论了用干涉模型计算的结果,两种方法所得结果吻合较好.此外,该吸波体对TE和TM两种极化都具有广角吸收特性.与已发表的各吸波体相比较,所提出的THz吸波体几何形状简单,具有超宽带特性以及极化不敏感性.因此可用于许多应用,如太赫兹成像系统、辐射计和隐身技术等.【期刊名称】《广东工业大学学报》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】5页(P20-24)【关键词】太赫兹(THz);超表面;超宽带;吸收;两端开裂的不规则椭圆环【作者】熊旋;荣丰梅;文元美【作者单位】广东工业大学信息工程学院,广东广州 510006;广州京信通信有限公司,广东广州 510000;广东工业大学信息工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】O441超材料(metamaterials，MM)是一种设计的人工结构化材料. MM奇特的电磁特性主要源于其亚波长结构，而不是它们所组成的材料的固有电磁特性[1-2]，引起了人们的广泛关注. 通过选择合适的MM的单元结构，可以实现负介电常数、负磁导率、负折射率等[3-5]. 除了更薄的厚度与更轻的重量以外，超材料还具有参数与频段可设计，因此有很好的应用前景.自从Landy等[6]提出了一种理想的超材料吸波体(Metamaterial Absorber，MA)，具有良好吸收性能的MA就得到了大量的研究. 然而，刚开始大多数报道的吸波体工作在单频并且具有窄的吸收带宽. 双频段[7-8]、多频段[9]、宽带吸波体[10-11] 和不同频段尤其是高频段的超材料[12-15]相继被提出. 对于吸收带宽较窄的MA，增加共振点个数[16-18]，采用多层结构[19-20]都是拓宽吸收带宽的有效途径，但是这两种方法在制造工艺、尺寸或工作频率等方面都有局限性. 因此，MA的简化和小型化，特别是在THz频带的吸波体研制仍是一项具有挑战性的工作.本文设计了一种超表面THz超宽带吸波体，该吸波体的单元主要由开裂的椭圆金环组成，其地板为金，两层金属中间是介质层. 其表面积只有72 μm×72 μm，该尺寸相对该吸波体的吸收中心频率(1.81 THz)为0.188 7 λ2，相对该吸波体的吸收最低频率(0.98 THz)仅为0.055 3 λ2. 在垂直入射条件下，设定最低吸收率为90%，得到该吸波体的吸波频段为0.98～2.64 THz，相对带宽为91.7. 同时，对于TE和TM极化，所提出的MA具有3个近乎完美的吸收点，频率分别为1.08，1.74和2.56THz，吸收率分别为99.8%，99.99%和99.37%. 与上述文献中的结构相比，该吸波体只用了一个开裂的椭圆形不规则环，就实现了超宽带吸收，同时实现了小型化和高吸收率.1 结构设计吸波体的单元大小为72 µm×72 µm. 介质基板的参数为εr=3和tanδ=0.06，厚度为 H，金属层为Au，厚度t为0.4 µm，电导率σ为4.56×107S/m. 单元结构与尺寸参数分别如图1与表1所示.图 1 吸波体结构Fig.1 Schematic diagram of the absorber表 1 单元参数表Tab.1 Size of the cell参数数值/µm L 72 a 33.66 b 28.65 c 19.8 d 19.1 W 4 H 26 t 0.42 仿真及参数分析采用HFSS(High Frequency Structure Simulator)对该材料结构进行仿真，吸波体上下两层Au的厚度t 与介质板的厚度 H相比，远小于介质板的厚度(t/H=0.4/26 ≈0.015<<1)且远大于电磁波的趋肤深度，设反射率R(ω)=|S11|2，透射率T(ω)=|S21|2，吸收率可以表示为A(ω)=1−R(ω)−T(ω). 而底层是Au，所以透射率T(ω)约为零，因此A(ω)=1−R(ω).图2给出了该吸波体在电磁波垂直入射时的吸收图. 当垂直入射时，TE和TM的吸收曲线几乎一致，这是吸波体结构的对称性引起的.图 2 TE、TM入射波吸收图Fig.2 The simulated absorption of TE & TM waves该吸波结构可以利用基于等效电路的理论[21-23]，将其近似等效为均匀介质，其相对介电常数、相对磁导率和相对阻抗可近似计算为：其中，υ1=S21+S11, υ2=S21 −S11, k=ω/c, S 参数为散射参数，ω，d ，c 分别是电磁波的频率、吸波体的厚度及真空中的光速. 因为T(ω)=0，即S21=0，通过式(1)～(3)可以计算出来该吸波体的等效相对介电常数、等效相对磁导率和等效阻抗的实部和虚部，如图3所示.3个吸收峰的频率点(f = 1.08，1.74和2.56 THz)的电场和磁场分布见图4、图5.在1.08 THz，电场主要分布在环的裂开处；在1.74 THz，电场分布较均匀；在2.56 THz，电场聚集在两处——环开裂处与环的最薄处.图 3 基于等效电路的计算值Fig.3 The calculated values图 4 3个峰值点的电场分布Fig.4 The electric field distributions图 5 3个峰值点的磁场分布Fig.5 The magnetic field distributions根据等效电路理论[24]，电场主要在间隙之间，可等效为电容C ；磁场主要在环的最薄处，可等效为电感L ；表面电流或磁场集中的地方，可等效为电感L和电阻R. 该超材料谐振单元的等效电路模型见图6.图 6 等效电路模型Fig.6 Equivalent circuit moded在图6中，C1与C2分别表示两个开口处的等效电容，L1与R1是吸波体表面的等效电感与等效电阻，而L2与R2是吸波体底面的等效电感与等效电阻. 在不同的频率，吸波体分别表现为磁性超材料或电性超材料性质，为了分析图6中的等效电路模型，表2是3个吸收峰所在频率点的等效相对介电常数、磁导率和阻抗计算值. 在1.74 THz，由于该频率点磁导率的实部为负，故吸波体在该频率点表现为磁性，同时，在1.08 THz和2.56 THz，其相对介电常数的实部为负，故吸波体在这两个频率点表现为电性. 在3个频率点的有效阻抗的实部都接近于1，虚部都接近于0，说明该结构在宽带频率范围内与自由空间阻抗匹配.表 2 3个吸收峰的参数相对值Tab.2 The simulated values of three absorption peaks频率/THz介电常数磁导率阻抗1.08−0.487−i2.7280.806−i3.7150.917−i0.1371.740.032−i2.082−0.033−i2.140.987+i0.0152.56−0.245−i0.5581.257−i2.8680.904−i0.177图7是TE和 TM波分别在不同频率、不同入射角( θ)的仿真吸收率. 从图2可以看出对于TE波和TM波，在吸收率为80%时，可获得30°的宽带吸收，但随着入射角的增大，吸收率明显下降，在2.56 THz附近更为明显.此外，图8为f =1.08, 1.74和2.56 THz3个频率点的吸收率和入射角变化的曲线图. 图9显示当吸收率超过80%，在1.08、1.74和2.56 THz，其入射角分别可以达到50°，45°和17°，从而实现了宽角度入射.为了研究介质基板厚度对吸波性能的影响，取H分别为24，25，26，27和28 µm，结果如图9(a)所示，在较低频段和较高频段，吸收率和吸收频带宽度变化不大. 此外，图9(b)还给出了椭圆的轴比对该吸波体吸波性能的影响.用干涉模型[25-26]计算了当电磁波垂直入射时，所得的反射率和吸收率，如图10所示. 用图10与图2比较，吸收率较为吻合.图 7 不同入射角(θ )的吸收率Fig.7 The simulated absorption rates at different angles ( θ) of incidence图 8 入射角对3个频点吸收率影响机制Fig.8 The absorption and the incident angles at three peak points与所列文献[12-15]中的结构相比，本文设计的吸波体结构简单、小型，且实现了高吸收率宽带吸收和极化不敏感. 表3是不同介质板材料、厚度以及单元尺寸的吸波体的对比.3 结论本文设计了一种基于两端开裂的椭圆不规则环的超表面宽带吸收THz超材料. 该结构在垂直入射时，吸收率大于90%的相对带宽高达91.7%(0.98～2.64 THz). 所提出的吸波体对TE和TM极化都具有广角吸收特性. 本文讨论了宽入射角下的仿真模型，并对吸波体的参数进行了探讨. 所设计的吸波体是THz成像系统、辐射计和隐身技术的良好选择.图 9 不同基片厚度和不同椭圆轴取值的吸收率Fig.9 The influences of substrate thickness and different lengths of the axis图 10 反射率和吸收率(干涉模型)Fig.10 The reflection and absorption rates (interference model)表 3 与其他吸波体的比较结果Tab.3 Comparison with other materials参考文献中心频率/THz 相对带宽/% 单元尺寸/μm 厚度/μm[12]4.7917.122010[13]1.1511712060[14]1.9615.38510[15]1.3977.52702 6本文1.8191.77226参考文献：【相关文献】[1]ZHANG L, ZHOU P, LU H, et al. Ultra-thin reflective metamaterial polarization rotator based on multiple plasmon resonances [J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters, 2015, 14: 1157-1160.[2]SMITH D R, PENDRY J B, WILSHIRE M C. Metamaterials and negative refractive index [J]. Science, 2004,305(5685): 788-792.[3]SCHURIG D, MOCK J J, SMITH D R. Electric-fieldcoupled resonators for negative permittivity metamaterials[J]. Applied Physics Letters, 2006, 88(4): 041109.[4]SMITH D R, PADILLA W J, VIER D C, et al. Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity [J]. Physical Review Letters, 20008, 4(189): 4184-4187.[5]PENDRY J B. Negative refraction makes a perfect lens [J].Physical Review Letters, 2000, 85(18): 3966-3969.[6]LANDY N I, SAJUYIGBE S, MOCK J J, et al. Perfect metamaterial absorber [J]. Physical Review Letters, 2008,100(20): 207402.[7]高军, 张浩, 曹祥玉, 等. 一种双频超薄吸波结构在微带天线中的应用[J]. 西安电子科技大学学报, 2015, 42(1):130-135.GAO J, ZHANG H, CAO X Y, et al. Dual-band ultra-thin metamaterail absorber and its application in reducing RCS of the microstrip antenna [J]. Journal of Xidian University,2015, 42(1): 130-135.[8]JIANG H, XUE Z, LI W, et al. Multiband polarisation insensitive metamaterial absorber based on circular fractal structure [J]. Iet Microwaves Antennas & Propagation,2016,10(11): 1141-1145.[9]LIU Y, CHENG Y, GAO Y, et al. Multi-band terahertz twohanded metamaterial based on the combined ring and cross pairs [J]. Optik—International Journal for Light and Electron Optics, 2014, 125(9): 2129-2133.[10]ZUO W, YANG Y, XIAOXI H E, et al. An ultra-wideband miniaturized metamaterial absorber in the ultrahigh frequency range [J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters, 2017, 16: 928-931.[11]CHEN J, HU Z, WANG G, et al. High-impedance surfacebased broadband absorbers with interference theory [J].IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2015,63(10): 4367-4374.[12]WEN Y, MA W, BAILEY J, et al. 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基于高祖表面的宽带吸波体的设计-毕业论文

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要吸波体或吸波材料在军事隐身、微波通信、微波暗室、抗电磁辐射和预防电磁污染等方面有十分广泛的应用。

目前，世界上越来越多的国家正在开展新的吸波体或吸波材料的研究。

吸波体或吸波材料的发展明显呈现出复合化、低维化、智能化、多频谱兼容化等诸多特点。

本文研究设计一款基于电阻性高阻抗表面的宽带吸波体，该吸波体由有耗带阻性频率选择表面和接地介质基板所组成。

本论文首先对所设计吸波体的电路模型和工作原理进行介绍，然后根据设计指标要求确定中心工作频率，完成吸波体的初始设计：包括借助HFSS软件初步设计出频选表面组成单元（这里为方环结构）的排布周期和物理尺寸以使单元谐振在中心频率上、利用介质基板厚度应为四分之一介质波长（中心工作频率上）的原则确定基板厚度、根据吸波体谐振电阻应和自由空间匹配的原则初步确定频选表面电阻薄层的方阻。

接着利用HFSS仿真软件计算出所得初始吸波体结构的反射系数、输入阻抗频响曲线，并借助Matlab编程提取出初始吸波体的等效电路模型参数，再通过调节优化电路参数（等效电容、电感和电阻）使吸波体在等效电路模型层面实现了基于相邻三次谐振的宽频带吸波特性，最后以等效电路参数的优化值为指导在仿真软件中进一步调节吸波体的频选单元排布周期、尺寸和方阻值，使吸波体最终在2.4GHz至3.5GHz的频率范围内对正入射电磁波的吸波率达到90%以上，满足设计指标要求。

关键词：频率选择表面高阻抗表面吸波体吸波带宽1AbstractAbsorbers or absorbers have a wide range of applications in military stealth, microwave communications, microwave anechoic chambers, anti-electromagnetic radiation and electromagnetic pollution prevention. At present, more and more countries in the world are conducting research on new absorbers or absorbers. The development of absorbers or wave absorbing materials clearly shows many features such as compounding, low dimensionality, intelligence, and multispectral compatibility.This article studies the design of a broadband absorber based on a resistive high-impedance surface. The absorber consists of a loss-preventing frequency selective surface and a grounded dielectric substrate. In this thesis, the circuit model and working principle of the designed absorber are introduced first, then the central operating frequency is determined according to the requirements of the design index, and the initial design of the absorber is completed: including the preliminary design of the frequency-selective surface composition unit by means of HFSS software. The periodicity and physical dimensions of the square ring structure are such that the thickness of the dielectric substrate at the center frequency and the thickness of the dielectric substrate should be one-fourth of the medium wavelength (on the center operating frequency) are used to determine the thickness of the substrate and the resonance of the absorber. The principle of matching the resistance with free space is to preliminarily determine the square resistance of the frequency selective surface resistance thin layer. Then the HFSS simulation software is used to calculate the reflection coefficient and the input impedance frequency response curve of the resulting initial absorber structure. The equivalent circuit model parameters of the initial absorber are obtained by programming with Matlab, and then the parameters of the optimized circuit (equal capacitance) are adjusted. , Inductor and Resistor) enable the absorber to realize the broadband absorbing characteristics based on the adjacent third harmonics at the equivalent circuit model level. Finally, the absorber is further adjusted in the simulation software based on the optimization of the equivalent circuit parameters. The frequency-selection unit arranges the cycle, size and square resistance value so that theabsorber finally achieves a wave-absorption rate of 90% or more for the normal incident electromagnetic wave in the frequency range of 2.4 GHz to 3.5 GHz, and meets the design index requirements.Keywords: frequency selective surface high impedance surface absorber wave absorption bandwidth第一章绪论1.1研究背景与研究现状吸波体或吸波材料最早应用于军事领域，用于实现武器系统的隐身，从而提高各种武器平台的突防能力和生存能力。

吸收率和吸收频率大小电热可调的超材料吸波体

吸收率和吸收频率大小电热可调的超材料吸波体
胡宝晶;黄铭;赵金燕;杨利;杨玉林
【期刊名称】《红外与毫米波学报》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】提出了由“田”字型狄拉克半金属(BDS)谐振器和钛酸锶(STO)组成的双调谐“完美”超材料吸波体并进行数值仿真。

结果表明:当BDS费米能量为40 meV、STO温度为400 K时,吸波体在2.6131 THz处吸收率达到了99%。

同时,
当BDS费米能量和STO温度改变时,可实现吸波体吸收频率和吸收率大小的动态
双调谐。

此外,分别利用了耦合模理论(CMT)和等效电路模型(ECM)从理论上分析了吸波体的性能。

最后,进一步讨论了模型各参数改变时,吸波体吸收光谱的变化规律。

这为双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。

【总页数】8页(P192-199)
【作者】胡宝晶;黄铭;赵金燕;杨利;杨玉林
【作者单位】云南农业大学理学院;云南大学信息学院;云南农业大学大数据学院(信息工程学院)
【正文语种】中文
【中图分类】TB39
【相关文献】
1.基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究
2.影响电阻膜型超材料吸波体吸收特性的材料参数
3.基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体
4.基于液晶的太赫兹可
调谐超材料吸波体5.基于改进粒子群优化算法的宽角度高吸收率超材料吸波体设计
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超宽带可见光与近红外超材料吸波体[发明专利]

专利名称：超宽带可见光与近红外超材料吸波体专利类型：发明专利
发明人：冀世军,张晨光,赵继,吴汉,罗智友,任海林申请号：CN202111570895.9
申请日：20211221
公开号：CN114200559A
公开日：
20220318
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种超宽带可见光与近红外超材料吸波体，该吸波体是基于金属层、半导体层和电介质层的叠层型结构，结构单元中三层的材料从下到上依次是钨、磷化铟和二氧化硅，所述各层的外形都是长宽相等的正方柱型，其中磷化铟层和二氧化硅层具有相同的边长，并小于钨层的边长，且各层中心在竖直方向上对齐。

本发明所述的超宽带超材料吸波体在400～1600nm的波长范围内呈现出超过85％的宽带吸收，平均吸收率达到了97.2％，同时具有极化无关性能与入射角不敏感性能。

申请人：吉林大学
地址：130012 吉林省长春市前进大街2699号
国籍：CN
代理机构：长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
代理人：李荣武
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第48卷第1期（总第187期）2019年3月火控雷达技术Fire Control Ｒadar TechnologyVol.48No.1（Series 187）Mar.2019收稿日期：2018-10-22作者简介：李易（1993－），男，硕士研究生。

研究方向为武器系统与运用工程。

一种基于超材料的六频带吸波体设计李易（西安电子工程研究所西安710100）摘要：本文设计了一种基于电磁超材料的具有多个频带吸波特性的吸波体。

该吸波体的主体是由三层结构组成，上层为6个金属方框相套组成，中层为超材料有耗介质，下层的金属铜板作为金属背板。

这种结构可以实现在6个频点处的窄带吸波，其中在2．5GHz 处只能达到64%的吸波率，而在其他五个频点都能达到90%以上的吸波率。

此外由于该结构具有旋转对称性，因而具有极化不敏感特性，又经由仿真得到该结构具有宽入射角特性，结果表明该超材料吸波体在雷达隐身领域具有潜在应用价值。

关键词：超材料；吸波体；多频带吸波中图分类号：TN95文献标志码：A文章编号：1008－8652（2019）01－085－04引用格式：李易．一种基于超材料的六频带吸波体设计［J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：85－88．DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．018Design of a Six-band Absorber Based on MetamaterialLi Yi（Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100）Abstract ：A six-band absorber based on metamaterial is designed in this paper ．This absorber is mainly composed of three layers ，the top one is composed of six metal frames ，the middle layer is metamaterial lossy medium and the lower layer is a metal plate as the metal floor．This absorber can achieve narrowband absorption at six frequency points．When the frequency point at 2．5GHz ，the absorption is only 64%，but others can achieve more than 90%．Moreover ，because of the rotational symmetry ，this structure has polarization-insensitive characteristics．And then ，the simulation results show that the structure has wide incidence angle characteristics and this metamaterial absorber has potential application in radar stealth field．Keywords ：metamaterial ；absorber ；multiband absorbing0引言超材料吸波体在近些年引起了人们的广泛关注。

自从2008年Landy ［1］等第一次提出了完美吸波的超材料吸波体，人们开始深入研究这种通过达到阻抗匹配时的金属结构谐振和有损耗的电介质对电磁波进行损耗吸收的吸波体。

之后，人们对超材料吸波体的研究慢慢扩展开来，例如双频带［2－3］、三频带、宽带［4］和可调频带吸收。

本文采用6个同心金属环相套的结构，实现了6个频带的吸波。

由于组成该结构单元的金属方环具有四重旋转对称性，所以该结构具有极化无关特性，又由仿真验证该结构具有入射不敏感特性。

1结构设计本文利用HFSS 软件进行建模仿真，模型由真空腔，金属背板，超材料介质与金属结构四部分组成，如图1所示：火控雷达技术第48卷图1仿真模型图2结构尺寸真空腔体四周设置二个主从边界条件用于控制入射波入射角度以及模拟无限周期单元，顶部设置floquet 端口模拟无限远处发射来的平行入射波。

超材料吸波体的单元结构如图2所示，由超材料介质，金属背板与金属结构三部分组成，超材料介质为FＲ4材料，顶面为边长a =18mm 的正方形，厚度t =3mm ，介电常数4．4，电损耗正切角0．02。

金属背板与金属结构材料都为铜，金属结构由6个同心方框组成，最大的方框边长c =16mm ，每个方框宽度均为e =0．6mm ，方框间距均为w =0．2mm 。

2仿真分析2．1吸波率反射率Ｒ=S 112，透射率T =S 212，吸波率A=1－S 112－S 212=1－Ｒ－T ，其中S 11为该吸波体的反射系数，S 21为吸波体的传输系数。

因为模型中底面是金属底板，没有电磁波透射，所以S 212=0，则A =1－S 112=1－Ｒ。

通过HFSS 仿真得到该结构在2GHz 到7GHz 频段范围内的吸波效果如图所示：图3吸波率曲线由图3中可以看出一共有6个吸收波峰，2．5GHz 处波峰较低，仅达到64．7%的吸波效率。

其他5个波峰均达到了90%以上的吸波效率，在3．32GHz 处效率为94．1%，在3．78GHz 处效率为98．1%，在4．36GHz 处效率为98．9%，在5．12GHz 处效率为90．5%，在6．14GHz 处效率为96．6%。

该吸波体结构可以实现在3．32GHz 、3．78GHz 、4．36GHz 、5．12GHz 以及6．14GHz 这5个频点处的完美吸波，而在2．5GHz 处吸波效果不是很理想。

2．2宽入射角特性通过设置不同电磁波入射角度进行仿真得到下图结果：图4不同入射角的吸波率曲线从图4中可以看到，在0ʎ，20ʎ，40ʎ，60ʎ以及80ʎ这五种入射角度情况下，吸波率曲线变化不大，所以该结构具有入射角不敏感特性。

2．3谐振吸波超材料吸波体是利用超材料的电磁谐振特性达到吸波功能的。

在不同的谐振频点处，超材料吸波体的不同区域发生电磁谐振将电磁波能量限制在吸波体内，并转化为热能完成吸波。

为了更好地理解吸波原理，分别对6个谐振频点处上层结构与金属底板上的电流分布进行了仿真。

68第1期李易：一种基于超材料的六频带吸波体设计图5在2．5GHz 处结构和金属底板表面电流分布从图5中可以看出，在2．5GHz 处主要由最大的方框与金属底板发生电磁谐振，在上下两边形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

图6在3．3GHz 处结构和金属底板表面电流分布从图6中可以看出，在3．3GHz 处主要由从外到内第二个方框与金属底板发生电磁谐振，在上下两边形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

图7在3．78GHz 处结构和金属底板表面电流分布从图7中可以看出，在3．78GHz 处主要由从外到内第三个方框与金属底板发生电磁谐振，在上下两边形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

从图8中可以看出，在4．36GHz 处主要由从外到内第四个方框与金属底板发生电磁谐振，在上下两边形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

可以看到电流分布向右侧偏移。

78火控雷达技术第48卷图8在4．36GHz处结构和金属底板表面电流分布图9在5．12GHz 处结构和金属底板表面电流分布从图9中可以看出，在5．12GHz 处主要由从外到内第五个方框与金属底板发生电磁谐振，在左右两边形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

图10在6．14GHz 处结构和金属底板表面电流分布从图10中可以看出，在6．14GHz 处主要由最小的方框与金属底板发生电磁谐振，在两个对角形成与金属底板上电流反向平行的电流，对电磁波进行吸收。

通过上述结果，可以看出吸波结构的不同部位，分别影响不同频点的谐振吸波。

3结束语本文通过HFSS 仿真设计了一种基于电磁超材料的具有6个频带吸波特性的吸波体。

该吸波体拥有在2．5GHz 、3．32GHz 、3．78GHz 、4．36GHz 、5．12GHz 、6．14GHz 等6个频点处的吸波峰值，只有在2．5GHz 处吸波率仅达到64．7%，其他5个频点均达到了吸波率90%以上的完美吸波。

此外由于该结构具有四重旋转对称性，因而具有极化不敏感特性，又经由仿真验证该结构具有宽入射角特性，该超材料吸波体在雷达隐身领域具有潜在应用价值。

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