電磁超材料通常由于具有一些特殊的物理特性,因此在材料研究領(lǐng)域成為近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。通過對超材料單元結(jié)構(gòu)的物理尺寸大小和形狀的人為調(diào)節(jié),就能獲得我們所需要的電磁超材料的電磁參數(shù),因此電磁超材料產(chǎn)生了許多新奇的現(xiàn)象和獨(dú)特的應(yīng)用,比如電磁隱身、異常光線偏折、波陣面調(diào)控等。超材料吸波器擁有傳統(tǒng)的吸波材料所不具備的吸收強(qiáng)、質(zhì)量輕、厚度薄、頻率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。但其吸收帶寬一般較窄,因此本文基于電磁超材料的吸波原理及研究方法,先后設(shè)計(jì)了兩種不同的寬頻帶超材料吸波器結(jié)構(gòu),對其進(jìn)行數(shù)值仿真后得到吸收率和反射率,對高吸收率的頻帶進(jìn)行了有效的拓寬。本論文的主要在以下幾個(gè)方面做了一些研究。本論文首先從基于慢波效應(yīng)的吸波材料入手,設(shè)計(jì)了一種基于多層圓臺結(jié)構(gòu)的太赫茲波段寬頻帶吸波結(jié)構(gòu),該吸波器在1.29THz~2.34TH的頻率范圍內(nèi)的吸收率達(dá)到90%以上,相對吸收帶寬為57.85%,由于其結(jié)構(gòu)具有軸對稱性,因此具有極化不敏感等特性。并在此基礎(chǔ)上對吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,用金屬鉻代替金作金屬層,使介質(zhì)層的厚度相等,得到了一種性能突出且易于加工的吸波材料,該結(jié)構(gòu)在0.85-1.42THz頻段內(nèi)的吸收率超過80%,同時(shí)在電磁波斜入射的情況下仍具有較好的吸收效果。然后,設(shè)計(jì)了一種基于加載集總電阻的微波寬頻帶超材料吸波器結(jié)構(gòu)。該吸波器在7.68GHz到16.94GHz頻段內(nèi)的吸收率達(dá)到90%以上、相對吸收帶寬達(dá)到75.22%,同時(shí)具有極化不敏感和寬入射角等特性。通過觀察吸波器表面電流分布及能量損耗情況,分析了吸波器的吸波原理后發(fā)現(xiàn),加載集總電阻的歐姆損耗是吸波器具有強(qiáng)吸收的主要原因。通過觀察吸波器結(jié)構(gòu)的集總電阻值、單元結(jié)構(gòu)周期、金屬線寬及介質(zhì)層厚度等參數(shù)改變后,吸波器的吸收率變化規(guī)律,分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對吸收率的影響,發(fā)現(xiàn)吸波器存在一個(gè)最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù),使得它的吸收率最高、吸收帶寬最寬。最后設(shè)計(jì)了一種由圓環(huán)電阻膜片及有機(jī)介質(zhì)層交替堆疊而成的超材料吸波器,通過電磁仿真分析表明,該吸波器對垂直入射電磁波的吸收率大于90%的吸波頻帶為7.42~59.36GHz,并且在斜入射角度為45°的TE和TM波仍具有較好的吸收效果。另外通過對不同電阻膜片層數(shù)的多件吸波器的分析表明,電阻膜片層數(shù)越多,其吸波效果也更好,吸波頻帶更寬,帶內(nèi)吸波效果更加穩(wěn)定。通過對單元結(jié)構(gòu)的周期變化引起的吸波效果的影響可知,當(dāng)單元結(jié)構(gòu)的周期在較小范圍內(nèi)變化時(shí),其對吸波效果的影響不大。
【學(xué)位單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

圖 1-2 按照 ε 和 μ 的數(shù)值對物質(zhì)的分類0i( wt kr)E Ee = 和0i( wt kr)H He = 代入公式后（1-1）到（1-4）得到k × E = ωμHk × H = ω εEk × E= 0k × H= 0據(jù)上式的推導(dǎo)，能夠獲得亥姆霍茲方程組：2 2 E + k E=02 2 H + k H=0式（1-9）和公式（1-10）中的 k 表示：2 2k = ω εμ介質(zhì)中的 μ 和 ε 都大于零（μ>0、ε>0）時(shí)，式（1-8）和（1-9）能夠

因此，與波源距離增大時(shí)接受到的頻率也變大，相反地，與波源距離減小是接受到的頻率會變小。（3）逆切倫科夫輻射效應(yīng)當(dāng)帶電離子在介質(zhì)中以恒定速度流動時(shí)，感應(yīng)電流將在離子流附近產(chǎn)生。感應(yīng)電流生成許多次要來源并輻射出次級波。當(dāng)離子的運(yùn)動速度超過了介質(zhì)材料中的光子運(yùn)動速度的時(shí)候，二次源會造成二次干擾，因此電磁場將被輻射出去，這就是切倫科夫輻射現(xiàn)象。在普通的材料當(dāng)中，經(jīng)過二級波的干涉之后在介質(zhì)內(nèi)激發(fā)的電磁波，能夠輻射呈現(xiàn)出一種圓錐形的包絡(luò)面。在這個(gè)結(jié)構(gòu)的最上面，電磁波的發(fā)射方向?qū)⒀刂刁w法線的方向，會產(chǎn)生一個(gè)錐形角。如圖 1-3（a）所示，切倫科夫角能夠用如下的公式表示：coscnvθ =（1-13）如圖 1-3（b）所示，電磁波在介質(zhì)材料中輻射的能量將朝著圓錐法線的方向來回地輻射，因此產(chǎn)生向前的錐角，這就是逆切倫科夫輻射現(xiàn)象[26]。

穿過具有不同的折射率的兩種介質(zhì)的時(shí)候，可能發(fā)生下公式：1 1 2 2n sin θ = nsinθ和 θ2分別表示入射角和折射角，同時(shí)滿足 0≤θ1≤π/2邊的介質(zhì)材料的折射率同時(shí)為正或負(fù)時(shí)，兩者的折射值，即 θ2>0，此時(shí)可以看到法線的兩邊分布著入射線 4 所示。相反，當(dāng)介質(zhì)界面兩側(cè)的折射率滿足 n1n2<此時(shí)在法線的同一邊同時(shí)可以看到入射光線和折射光 1-4 折射光線 3 所示。透鏡效應(yīng)透鏡具有衍射極限，所以透鏡的應(yīng)用范圍受到很大限這些限制的新穎的物理性質(zhì)，因此在左手材料中可達(dá)

【參考文獻(xiàn)】

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1 云月厚;劉永林;張偉;;化學(xué)共沉淀法制備的納米Ni_(0.5)Zn_(0.5)Ce_xFe_(2-x)O_4鐵氧體微波吸收特性研究[J];材料工程;2008年03期

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本文編號：2827861