【摘要】：隨著對超表面研究的深入,越來越多的新特性被研究人員所發(fā)現(xiàn),電磁超表面可以實(shí)現(xiàn)對入射電磁波振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控,本文利用電磁超表面對電磁波的完美吸收來設(shè)計(jì)超表面吸波體。吸波體的研究最早起源于軍事領(lǐng)域尤其是在雷達(dá)隱身方面具有重要的意義,隨著研究技術(shù)的成熟,電磁波吸收技術(shù)逐漸在能量采集,高保真成像,電磁傳感方面也展示出了巨大的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)的超表面吸波體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)對電磁波的吸收,克服了傳統(tǒng)吸波結(jié)構(gòu)吸收率低、對極化角和入射角敏感,設(shè)計(jì)和制作困難等諸多缺點(diǎn),得到了廣泛的運(yùn)用。但是由于傳統(tǒng)超材料吸波結(jié)構(gòu)一般由金屬結(jié)構(gòu)制成,其中的金屬結(jié)構(gòu)具有的低熔點(diǎn),高歐姆損耗,和高熱傳導(dǎo)的特點(diǎn),限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。而且結(jié)構(gòu)還是相對復(fù)雜,一般由多層材料復(fù)合而成,設(shè)計(jì)和制作的成本仍然相對較高。因此本文提出設(shè)計(jì)微波波段的全介質(zhì)超表面吸波體,可以解決金屬超表面吸波體的這些問題。本文首先對金屬超表面吸波體進(jìn)行研究與分析,深入探究了金屬超表面吸波體的吸波原理,對比了超表面吸波體相對傳統(tǒng)吸波體的優(yōu)勢,反思了現(xiàn)有的超表面吸波體的劣勢與不足,分析與整理了電磁波吸收領(lǐng)域的相關(guān)理論,為進(jìn)一步改善吸波性能提供思考方向。本文首先提出設(shè)計(jì)了以摻雜硅為全介質(zhì)超表面吸波體的構(gòu)思,提出利用介質(zhì)波導(dǎo)退化臨界耦合原理來實(shí)現(xiàn)對電磁波吸收作用增強(qiáng)的方法,利用硅和PDMS設(shè)計(jì)了圓柱形的全介質(zhì)超表面吸波體,分別實(shí)現(xiàn)了在1THZ和10GHZ附近超過90%以上的吸收率,接下來進(jìn)一步提出了透明吸波的概念,利用ITO設(shè)計(jì)了在10GHZ附近超過90%以上吸收率的吸波結(jié)構(gòu),利用ITO和介質(zhì)設(shè)計(jì)了寬頻帶的超表面吸波體,利用苯和乙氰的混合溶液設(shè)計(jì)了對可見光具有極高透過率的吸波結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對電磁波和可見光的雙重“透明”。最后,論文對全介質(zhì)超表面吸波體的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了歸納總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB34;O441
【圖文】：

實(shí)現(xiàn)對特定頻率的電磁波的吸收。其中以三層吸波結(jié)構(gòu)最為常見，三層結(jié)構(gòu)中底逡逑部一般為厚度適宜的金屬背板，作用是防止電磁波發(fā)生透射，使透射系數(shù)為零。逡逑中間一層為吸波介質(zhì)，常見的有ＦＲ４。常見的模型結(jié)構(gòu)如下圖所示（圖１－１），逡逑其設(shè)計(jì)方法也比較成熟，諧振峰產(chǎn)生的原理也已經(jīng)被研究人員所了解。逡逑ｆ逡逑＇ｔｌ邐：邐Ｔ；邐１＼邋周期逡逑介質(zhì)邐邐：邐ｉ邐邐Ｉ邋）金Ｍ逡逑基板ｘ．—邐—邐—邐—邐／結(jié)構(gòu)逡逑圖１－１由金屬和介質(zhì)組成的頻率選擇表面［２］逡逑相對于傳統(tǒng)超材料吸波體的研宄，針對介質(zhì)波導(dǎo)模型的研宄只能算是剛剛起逡逑步。隨著超材料吸波技術(shù)的快速發(fā)展，如何把吸波結(jié)構(gòu)更好的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域也逡逑越來越受到國內(nèi)外研究者的重視。近年來，研宄人員在介質(zhì)波導(dǎo)吸波的模型方面逡逑己經(jīng)取得了一定的成果，本論文將進(jìn)一步的對此進(jìn)行分析和探索，對介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)逡逑部的諧振模式做簡要介紹，分析諧振吸波的原理，尤其是在太赫茲波段，研宄工逡逑１逡逑

２．邋１．２超材料吸波體的的簡介逡逑在２００８年１＾１１（＾［２］最早設(shè)計(jì)出了由金屬結(jié)構(gòu)和介質(zhì)組成的超材料吸波結(jié)構(gòu)，逡逑如下圖所示（圖２－１），吸波體為三層結(jié)構(gòu)，頂部為金屬諧振單元，底部為窄金逡逑屬條，中間為介質(zhì)層。該結(jié)構(gòu)在１．２５ＴＨＺ附近對入射電磁波實(shí)現(xiàn)了接近１００％的逡逑吸收，后續(xù)的超材料吸波體大多以該結(jié)構(gòu)為參考，不過該結(jié)構(gòu)雖然設(shè)計(jì)簡單，但逡逑存在許多缺點(diǎn)，如吸收峰太窄、對入射電磁波極化敏感、底層金屬條太窄等等。逡逑————邐：邐．二？N邋ｊ逡逑—邋ｉ：＿ｒｎ逡逑１邋ｉ邋＿邐ｎ邋－邋ｍ逡逑邐邐邐—＿逡逑圖２－１底部為金屬條的超材料吸波體［２］逡逑１邋0邋Ｉ＂丨丨丨１＾丨丨＿丨＿丨丨丨丨丨１Ｔ－丨丨丨丨丨—丨丨■■丨邐邐１邐邐Ｔ邋＾■■■■＿■■■＂Ｔ＂邐邐邐逡逑！邋０；邋Ｉ邋＼逡逑：ＬＪｊＷ逡逑ｍｍ邋ｉｍ邋ｔｍ邋ｎｚｓ邋１２５０邋ｉ．．ｍ邋１５００逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＴＨｚ｜逡逑圖２－２完美吸收的吸收曲線［３］逡逑如上圖（圖２－２）所示，紅色曲線為透射曲線，綠色曲線為反射曲線，藍(lán)色逡逑曲線為吸收曲線，在１．２５ＴＨＺ附近實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接近１００％的吸收。逡逑７逡逑

２．邋１．２超材料吸波體的的簡介逡逑在２００８年１＾１１（＾［２］最早設(shè)計(jì)出了由金屬結(jié)構(gòu)和介質(zhì)組成的超材料吸波結(jié)構(gòu)，逡逑如下圖所示（圖２－１），吸波體為三層結(jié)構(gòu)，頂部為金屬諧振單元，底部為窄金逡逑屬條，中間為介質(zhì)層。該結(jié)構(gòu)在１．２５ＴＨＺ附近對入射電磁波實(shí)現(xiàn)了接近１００％的逡逑吸收，后續(xù)的超材料吸波體大多以該結(jié)構(gòu)為參考，不過該結(jié)構(gòu)雖然設(shè)計(jì)簡單，但逡逑存在許多缺點(diǎn)，如吸收峰太窄、對入射電磁波極化敏感、底層金屬條太窄等等。逡逑————邐：邐．二？N邋ｊ逡逑—邋ｉ：＿ｒｎ逡逑１邋ｉ邋＿邐ｎ邋－邋ｍ逡逑邐邐邐—＿逡逑圖２－１底部為金屬條的超材料吸波體［２］逡逑１邋0邋Ｉ＂丨丨丨１＾丨丨＿丨＿丨丨丨丨丨１Ｔ－丨丨丨丨丨—丨丨■■丨邐邐１邐邐Ｔ邋＾■■■■＿■■■＂Ｔ＂邐邐邐逡逑！邋０；邋Ｉ邋＼逡逑：ＬＪｊＷ逡逑ｍｍ邋ｉｍ邋ｔｍ邋ｎｚｓ邋１２５０邋ｉ．．ｍ邋１５００逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＴＨｚ｜逡逑圖２－２完美吸收的吸收曲線［３］逡逑如上圖（圖２－２）所示，紅色曲線為透射曲線，綠色曲線為反射曲線，藍(lán)色逡逑曲線為吸收曲線，在１．２５ＴＨＺ附近實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接近１００％的吸收。逡逑７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉元軍;趙曉明;李衛(wèi)斌;;吸波材料研究進(jìn)展[J];成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào);2015年03期

本文編號：2780769