基于微波光子晶体的电磁吸波材料的研究

【摘要】： 吸波材料是一种能够吸收电磁波而反射、散射和透射都很小的功能材料。对易受到电磁污染的各高危行业如广电、IT、电力、电信、民航、医疗等,吸波材料的应用十分广阔和必要。它的发展趋势是厚度薄、重量轻、吸收频带宽。 本论文研究了电磁波与吸波材料相互作用的机理,试图以经典吸收体Salisbury屏为基础,设计一种超薄而且具备相当吸收带宽的微波吸收体。传统的电损耗Salisbury屏较易制备,但是必须具备1/4λ_g的厚度,在对尺寸有限制的场合不适用;以磁损耗材料制备的Salisbury屏具有超薄特性,但是磁损耗材料性能不稳定,难以获得且重量大。在待屏蔽目标为金属板的情况下,如果以超材料(Metamaterial)表面的形式在金属板上方以介质材料支撑构建高阻表面,并在高阻表面上方直接覆盖一层普通的电损耗材料就可以制备出超薄电磁吸收材料。平面型金属—电介质EBG(Electromagnetic Band-gap Structure)结构就是一种实现高阻表面的很好方式。 基于这种构想,本论文首先尝试性设计了一种简单的以十字孔径为EBG单元结构的高阻表面,并在这种单元结构间加载合适值的贴片电阻作为损耗以及与自由空间的表面匹配。仿真结果证实了此构想,得到一种超薄的吸收材料。吸收峰值点与反射相位零点相吻合,在该点,材料表面呈现理想磁壁特性。此外,论文还就十字槽的尺寸对吸收性能的影响作了讨论。 以同样的方法,在一种电阻加载的双方环吸波结构的基础上,论文设计了一种有分形特征的双方环结构吸波结构。论文创新地将Minkowski分形的一阶形式应用于双方环吸波结构,在吸波结构物理尺寸没有增加的情况下,使吸波频率在一定程度上往低频端偏移;同时,现有的双方环吸波材料对于平面波斜入射的情况几乎不能实现吸波,论文针对这一点也提出了有效的改进方法。