【摘要】：超材料是一種人工合成的復合材料,具有自然界中常見材料所不具備的超常的物理特性,在諸多領域有著巨大的應用價值。超材料吸波體作為超材料的一個分支,近些年來發(fā)展迅速。由于其在輻射防護、電磁兼容和雷達隱身領域的不俗表現(xiàn),受到了科研人員的廣泛關注。本文主要圍繞新型超材料吸波體的多頻化和寬帶化兩個方面展開研究,設計提出了兩種新型超材料吸波體,主要的研究內容和成果如下:針對艦船等平臺的電磁兼容問題設計了一種基于雙縫金屬片結構的多頻超材料吸波體,該吸波體結構簡單,吸波性能良好,仿真結果顯示在4.64 GHz、8.67 GHz、13.93 GHz和18.53 GHz處,吸收率分別達到99.99%、99.95%、99.94%和93.50%。吸波體結構單元很薄,僅有0.72 mm,分別為各個吸波頻點對應工作波長的3.3%、6.3%、10.0%、13.3%。為了說明該吸波體的吸波機理,分析了各個吸波頻點處的表面電流,給出了各個頻點的諧振模式,又提取了吸波體的等效阻抗,利用阻抗匹配理論來說明高吸收率的成因。接著利用有損和無損介質基板以及銅和完美電導體的不同組合,研究了該吸波體的能量損耗方式。最后分析討論了結構參數(shù)的變化對該吸波體吸收率的影響,并提出了一種五頻吸波體的設計方案。針對X波段雷達隱身設計并實驗制備了一種加載集總電阻的金屬環(huán)形寬帶高吸收率超材料吸波體,仿真結果表明吸收率大于90%的吸波頻帶為8.4-13.6 GHz,基本覆蓋X波段,相對吸波帶寬為47.3%,吸收率大于99%的吸波頻帶為10.3-13.1 GHz,相對吸波帶寬達到23.9%。通過研究吸波峰值處的表面電流分布以及提取吸波體的等效阻抗,分別從仿真角度和理論角度闡述了吸波體的吸波機理,另外又研究了吸波體能量損耗的主要方式。隨后給出了吸波體的等效電路模型,結合電路理論給出了吸波寬帶化的成因。接著討論了吸波體的極化敏感特性和寬入射角特性,并分析了各個結構參數(shù)的變化對吸波體吸收率的影響,最后制備了吸波體實驗樣品進行了實驗驗證。
【圖文】：

料即介電常數(shù)和磁導率中有一個為負值的材料被發(fā)現(xiàn)也材料和雙負材料一起被各界深入研宄。逡逑宄進展和應用逡逑年代，蘇聯(lián)理論物理學家Ｖｅｓｅｌａｇｏ首次提出超材料的概念［常規(guī)介質，并對左手材料的基本理論以及其特有的電磁迫于當時實驗條件的限制，，無法進一步通過實驗證明左手里有關左手材料的研宄一直沒有實質性的突破。直到１９９ｅｎｄｒｙ教授的研究公布，才打破這個僵局。Ｐｅｎｄｒｙ教授的性的金屬條陣列結構有效的降低了等離子體的實現(xiàn)頻率，數(shù)［Ｕ］。在此之后，Ｐｅｎｄｒｙ教授團隊又利用兩個開口圓ｓ）設計出一種諧振結構，并證明其具有負的磁導率［１４］。２教授及其團隊在Ｐｅｎｄｒｙ教授的研宄基礎上，將金屬開口諧，構成周期結構，首次設計出雙負的人造左手材料［１５］，現(xiàn)介電常數(shù)和磁導率均為負值，在學術界引起了轟動，視。逡逑

究人員又設計出多種亞波長周期結構來實現(xiàn)負折射率效應。２００６年，Ｐｅｎｄｒｙ等人設計逡逑并制備了“隱身斗篷”，通過多層圓柱形超材料人工結構相互嵌套，在微波頻段實現(xiàn)了逡逑電磁隱身［１９］，如圖１．３所示。在介質周圍加上超材料結構，使得電磁波入射到介質表面逡逑時會出現(xiàn)“繞射”現(xiàn)象，從而實現(xiàn)了隱身的效果。２００７年，Ｖａｒａｄａｎ等人實驗證明了存逡逑在Ｘ波段的“隱身斗篷”邐Ｈｕ等人利用多層結構設計出了基于電磁超材料的太赫茲逡逑頻段的“隱身斗篷”邋［２１］。近些年來，隨著對超材料研究的不斷深入，超材料在多個領域逡逑如隱身技術、微波器件小型化、電磁兼容和頻率選擇表面等領域都有著迅猛的發(fā)展。逡逑■丨丨丨邐■逡逑．４邐ｒ逡逑圖１．３二維微波隱身結構圖逡逑超材料成為二十一世紀材料學發(fā)展的一個新的突破口，為材料設計提供了一種全新逡逑的設計思路，通過設計材料的物理單元結構來打破原有的某些客觀規(guī)律限制，來獲得常逡逑規(guī)材料所沒有的超常物理性質。超材料可以讓研宄人員在很大的范圍內主觀地控制和設逡逑計材料的電磁學特性，從而操縱電磁波的傳輸。超材料的理論創(chuàng)新以及重大的應用價值逡逑引起／社會各界的ｉＷｉ度關注。逡逑隨著對超材料研宄的不斷發(fā)展，在其應用領域的研究上己經(jīng)取得了一定的成果，例逡逑如完美吸波體、完美透鏡、超材料天線、表面波器件、微型激光器、寬帶移相器、平板逡逑聚焦器等等［＆２３］。超材料的放大效應、開關效應等特性也在進一步的研究之中。左手材逡逑料由于其電磁參數(shù)的可控性，最早被廣泛研宄，利用左手材料實現(xiàn)的“完美透鏡”在醫(yī)逡逑學成像以及環(huán)
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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1 劉毅;彭曉昱;王作斌;董家蒙;魏東山;崔洪亮;杜春雷;;基于超材料的太赫茲波吸波材料[J];紅外技術;2015年09期

2 王連勝;夏冬艷;丁學用;汪源;付全紅;;基于VO_2的溫控可調諧極化無關超材料吸波體設計[J];電子元件與材料;2015年07期

3 孫琳;;電磁超材料在太赫茲器件中的應用[J];國防科技;2015年02期

4 秦黎;李澤亞;許靜平;張利偉;羊亞平;;磁單負材料板附近的原子的自發(fā)輻射場分布[J];物理學報;2015年01期

5 許衛(wèi)鍇;盧少微;馬克明;熊需海;;超材料在隱身領域的研究及應用進展[J];功能材料;2014年04期

6 劉少斌;孔祥鯤;戴q

本文編號：2643222