寬頻帶超材料吸波體的設(shè)計(jì)及其特性研究.pdf

1、Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterDesignandResearchonakindofbroadbandMetamaterialAbsorberByXiaoqiangShiSupervisor：QiaoxiaGongOpticsSchoolofPhysicalScienceandEngineeringApril2013摘要摘要超材

2、料是一個(gè)新生的領(lǐng)域，超材料具有奇特的電磁特性，這些特性不同于天然的或傳統(tǒng)的材料，因此成為人們研究的熱點(diǎn)。超材料主要包括光子晶體、左手材料、電磁帶隙結(jié)構(gòu)、人工磁導(dǎo)體等。超材料的性質(zhì)主要取決于其設(shè)計(jì)的單元幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)單元，可以改變超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波調(diào)控的目的。左手材料具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的特性，利用這些性質(zhì)實(shí)現(xiàn)完美透鏡，逆Doppler效應(yīng)等。吸波材料通過(guò)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，這樣使電磁波在材料的表面不被反射

3、，使電磁波能大量的進(jìn)入到材料的內(nèi)部，然后通過(guò)介質(zhì)損耗和電磁諧振損耗把電磁波的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，達(dá)到吸收電磁波的目的。而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配則要通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)的參數(shù)，使介電常數(shù)和磁導(dǎo)率發(fā)生改變，達(dá)到所需的匹配條件。伴隨著科技的進(jìn)步，新型超材料吸波材料正逐漸成為超材料的主要研究方向。本文主要做了以下的工作：采用商業(yè)軟件CST微波工作室設(shè)計(jì)了兩種超材料吸波體結(jié)構(gòu)，開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)和同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的研究了其在2535GHz波段的吸波性能，幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)

4、的變化對(duì)吸波性能、吸波頻帶位置等的影響；其次，通過(guò)頻帶疊加效應(yīng)把開(kāi)口圓環(huán)和同心圓環(huán)放在同一和介質(zhì)板上，研究其性能，同時(shí)也對(duì)其陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究分析，同時(shí)，也設(shè)計(jì)了多層的疊加實(shí)驗(yàn)。在2535GHz內(nèi)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到開(kāi)口圓環(huán)的S參數(shù)，在30GHz處吸收率達(dá)到865％，帶寬為262GHz；同心圓環(huán)超材料吸波體在286GHz處吸收率達(dá)到86％，帶寬為35GHz，同樣具有寬頻帶高吸收率的特點(diǎn)，并且在大小縮小1000倍之后，拓展了其在THz頻率范圍

5、內(nèi)的吸收率，在2623THz處吸收率達(dá)到997％，帶寬為426THz，實(shí)現(xiàn)完美吸收。通過(guò)組合開(kāi)口圓環(huán)和同心圓環(huán)的結(jié)構(gòu)，在297GHZ處吸收率達(dá)到999％，吸收帶寬為31GHz，將結(jié)構(gòu)縮小1000倍，在THz波段同樣可以達(dá)到高吸收，在2686THz處吸收率達(dá)到96％，帶寬為48THz。通過(guò)多層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)仿真發(fā)現(xiàn)其吸收曲線發(fā)生了微小的改變，研究結(jié)果表明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有寬頻帶、高吸收的特點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)能夠靈活的對(duì)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)高吸收。