基于人工电磁材料的宽带超薄复合型吸波结构的设计

【摘要】：电磁超材料作为新兴的科研领域,对于超材料的研究已经广泛渗透在物理学、化学、电磁学、材料学、工程学等领域。本文基于电磁超材料且将周期性的吸波结构作为研究对象,旨在设计出在低频(1-8GHz)频段上具有超薄宽频的吸波结构。区别于传统的三层吸波结构(金属电谐振、介质材料、金属背板)所具有的结构厚度大、吸波带宽窄且频率不易调节等缺点。本文设计的吸波结构都结合了磁性吸波涂层进行了复合结构的设计,不仅改进了传统吸波结构的缺点并仍具有宽角度、极化不敏感等特性。本文主要研究内容如下:(1)采用在传统的三层吸波结构上增加了一层磁性吸波涂层并结合金属圆环的谐振结构设计了一种四层结构的超薄低频复合吸波结构。该结构能达到2.98GHz—3.90GHz频段上具有大于90%的吸收率,吸波结构总厚度约为中心波长的1/24,周期尺寸约为中心波长的1/8.5。(2)通过对上述的超薄低频复合吸波结构进行介质材料的改变和结构参数的优化,设计出一种具有低频超宽带的复合吸波结构。此结构能达到在2.17GHz—6.86GHz频段上都具有大于90%的吸收率,90%吸收率处的相对带宽高达104%。吸波结构总厚度约为中心波长的1/15,且同时保留了极化不敏感和角度入射等优异特性。(3)创新性地利用磁性吸波涂层进行了多层多圆环型吸波体设计,提出了一种超薄超宽带的吸波体。该吸波体旨在针对上述两种吸波结构达到厚度和带宽的均衡,且其多圆环结构嵌入在介质基板中。该结构能在2.96GHz—5.33GHz频段上具有大于90%的吸收率,90%吸收率处的相对带宽为57.17%,吸波结构总厚度约为中心波长的1/18。