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  本文關鍵詞：電磁超材料的設計及其吸波性能的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中科技大學》 2014年

電磁超材料的設計及其吸波性能的研究

王國棟  

【摘要】：電磁超材料作為一種材料設計新理念,它具有天然常規(guī)材料所不具備的超常物理性質,是近十年來國際學術界的研究熱點之一。伴隨著電磁超材料的快速發(fā)展,其吸波性能的研究同樣引起了大家廣泛的關注。相對于傳統(tǒng)的吸波材料,超材料吸波器具有很多無以倫比的優(yōu)點,比如吸收強、厚度薄、質量輕、頻率可調與電磁參數(shù)可設計以及在無損探測、太赫茲成像、隱身技術等領域潛在的應用。本文從電磁超材料的吸波原理及研究方法出發(fā),提出了基于耶路撒冷十字與正方形環(huán)的多頻帶微波段超材料吸波器,并采用多反射干涉理論解釋其吸波機理。另外,我們分別采用對角排列與嵌套排列方式構造了寬頻帶的太赫茲超材料吸波器,并討論了在TE與TM波很寬的入射角度下其吸波率。 本論文第一部分主要內容是多頻帶微波段超材料吸波器的設計、模擬與實驗,以及利用多反射干涉理論模型分析它的吸波機理。首先,我們研究了不同開口槽尺寸下,傳統(tǒng)開口諧振環(huán)(split ring resonator, SRR)超材料的吸波率,發(fā)現(xiàn)開口諧振環(huán)可等效為垂直交叉的I形結構,其吸收器可變?yōu)橐啡隼涫殖牧�。將多個不同尺寸的耶路撒冷十字結構依次水平地組合到同一個超材料單元上,實現(xiàn)了多頻帶的完美吸波；同時,采用多反射干涉理論模型計算了耶路撒冷十字界面上的反射參數(shù)與透射參數(shù),結果表明：在垂直入射情況下,計算的吸收率與模擬、實驗結果相一致。其次,基于正方形環(huán)結構采用嵌套排列設計了多頻帶的超材料吸波器,此種排列方式減小了超材料對外來電磁波極化方向與入射角度的依賴性,具有無極化與寬入射角度下的吸波性能。接著引入共振頻率處的功率損耗密度分布對其吸波機理進行了解釋。然后,通過優(yōu)化多反射干涉理論模型與正方形環(huán)界面的單元結構計算了強耦合超材料的吸收率。結果表明：在TE與TM波不同的入射角度下,計算的吸波率與模擬的結果相同。 本論文第二部分主要是寬頻帶太赫茲超材料吸波器的設計與表征,以及在TE與TM波很寬的入射角度下其吸波率的研究。首先,我們基于金屬圓片結構設計了單頻帶的太赫茲超材料吸波器,并引入兩金屬結構層表面的電流及z向電場分布分析其吸波機理。利用對角排列方式將多個不同尺寸的圓片結構組裝同一個超材料單元上,構造了寬頻帶、超薄的太赫茲吸波器。研究結果表明：隨著金屬圓片數(shù)量的增加,超材料的吸收帶寬會增加,但整體的吸波性能會下降。其次,我們研究了基于正方形環(huán)共面的寬頻帶超材料吸收器,并引入共振頻率處金屬結構層表面的電流分布分析其吸波機理,然后給出了在TE波與TM波模式很寬的入射角度下該結構的吸波率,最后,討論了超材料各組成部分的損耗參數(shù)對整體結構吸波性能的影響。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM25
【目錄】：

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本文編號：170477