超材料吸波体研究进展与展望

采用吸波材料的隐身技术是最重要的隐身方式之一,它被广泛地应用在军用和民用等各个领域。综述了当前国内外吸波材料的最新研究进展,介绍了吸波原理及吸波材料的分类及其应用。重点论述了超材料吸波体的分类和研究现状。最后展望了超材料吸波体的努力方向和发展前景。     

超材料吸波体吸波特性研究

设计了一个强谐振超材料吸波体,它由电谐环振器(Electric ring resonator)和短导线组合而成.采用数值仿真法,在8～12GHz波段提取了这种超材料的s参数,并计算了其吸渡率.单层超材料吸波体在10.2GHz处达到吸收峰,吸波率达91.3%.多层组合吸渡体在9.72GHz处峰值吸波率接近100%.与传统吸波材料不同的是,该超材料吸波体完全由金属结构组成,通过对介电常数和磁导率的灵活调节,经优化设计即可实现对入射电磁波的高吸收.另外,通过尺寸变化的多层组合结构,利用不同吸波频段的叠加效应,实现了对吸波频带的拓宽.     

超材料吸波器的极化特性研究进展

超材料由于具有吸波特性而引起了人们的极大兴趣.简要介绍了超材料产生吸波的原理,并着重阐述了吸波超材料在微波段、光波段以及太赫兹波段的极化特性和相应超材料吸波器结构的模拟及实验研究进展.这种超材料的吸波特性在军事和民用上具有潜在的应用价值.     

可调谐超材料吸波体的数值仿真研究

设计了一个由周期排列的金属电谐振环(the electric ring resonator,ERR)与短导线(FR-4基板上)组合而成的超材料吸波体.在某一频段,该超材料吸波体能同时产生强的电谐振与磁谐振.采用数值仿真方法,在8-12GHz波段计算了该超材料的S参数,并分析了其吸收率变化规律.单层超材料吸波体在9.27...     

新型全介质谐振表面二元超材料吸波体

基于干涉理论,利用低介电材料全介质谐振表面(All-dielectric resonance surface,ADRS)设计并制备了一种新型二元结构超材料吸波体(Binary-structural metamaterial absorber,BMA)。优化后的BMA分别在13. 332 GHz、16. 722 GHz和17. 34 GHz处有强吸收。通过阻抗分析、能量损耗分布及场分析的方法解释了BMA的谐振与吸波机理,并研究了ADRS结构参数对吸波性能的影响。分析表明,BMA的三频谐振来源于ADRS的电谐振响应; ADRS的结构决定谐振峰处磁场分布,进而影响吸波性能。仿真结果与实测结果吻合较好。本工作提出的采用低介电材料ADRS代替传统金属谐振表面及难以制备的高介电常数ADRS,极大地简化了超材料吸波体的设计。     

一种基于超材料的双频吸波器设计与实验研究

本文设计、分析和加工了一种单层双频超材料结构,该结构由3层构成,表层和底层由金属铜板组成,中间层为有损耗的介质基板FR-4.通过仿真优化表明,该结构在谐振频率5.32 GHz和9.77 GHz处吸波率分别达到95%和94.2%.实测数据显示在谐振频率5.15 GHz和9.45 GHz处的反射系数分别为-14 dB和-13 dB,实现了电磁波的双频强吸收.此外由于该结构具有正交对称性,因此具有极化不敏感特性,又经仿真得到该结构具有宽入射角特性.结果表明,该超材料吸波器在特定频段电磁功能器件领域具有潜在的应用价值.     

叠层结构电磁超材料吸波体的特性研究

以现有的电磁超材料吸波体的主要方案为基础,对吸波体结构进行改进,研究并比较了相同单元叠层结构、不同单元叠层结构超材料吸波体的性能。根据仿真分析得出:适当增加相同单元叠层结构的层数,不仅吸波率得到提升,还会出现多个吸波峰;此外,不同单元叠层结构,在参数合理配置时,不仅拥有相同单元叠层结构的多频段、高吸波率、宽频带等优点,还可以实现近100%吸波率的完美吸波。     

超材料吸波体及其3D打印制造研究进展

超材料吸波体由于其独特的电磁特性和较强的结构设计性等优点,成为电磁吸波领域的研究热点。而3D打印技术能够突破传统制造方式的缺陷,极大地提高设计自由度,因此利用其制备超材料能够实现结构与功能的一体化,逐渐成为超材料吸波体领域的重要发展方向。本文阐述了基于等效介质理论的超材料吸波体吸波机理,介绍了超材料吸波体在宽频吸波、极化和角度不敏感、动态可调性等方面的研究现状,进而归纳了3D打印超材料吸波体的研究进展以及现阶段3D打印超材料吸波体研究中存在的问题,并从吸波性能、结构设计、应用发展三个角度对3D打印超材料吸波体的未来发展进行了展望。     

吸波材料与超材料复合结构吸波性能研究

吸收频带宽、吸收能力强一直是吸波材料研究所致力的目标。在碳纤维布/CIP/环氧树脂结构吸波材料的基础上,复合金属短线网格结构的超材料,利用CST MWS软件的谱域法对吸波材料与超材料的复合结构进行仿真。发现设计合适的金属线间距(a=4 mm)和超材料距表面的复合位置(d=2 mm),能合理调节复合结构的电磁参数,将反射率在2～18 GHz低于-10dB的带宽由3 GHz拓宽至12.4 GHz。     

基于超材料的微波宽带完美吸波体设计

为了实现宽带平稳吸收电磁波,本工作设计了一种微波宽带完美超材料吸波体(Metamaterial absorber,MA).使用等效电路模型和COM-SOL仿真软件对其结构参数进行了优化仿真,通过电场和表面电流密度分布以及等效输入阻抗分析了MA宽带强吸收的机理,研究了其极化和斜入射特性以及各层结构的吸收响应.结果表明,电磁波正入射时MA在5～9.2 GHz的频率范围内达到了90％以上的吸收率,平均吸收率高达97.71％,特别是在5.9～8 GHz的宽带内实现了完美吸收电磁波(吸收率大于99％,反射率小于1％),并且具有良好的极化和宽入射角稳定特性.本工作提出的吸波结构整体厚度为0.12λ0,周期单元尺寸为0.29λ0×0.29λ0(λ0为吸收带中心频率的波长),通过改变中间介质层的介电常数能在保证波形基本不变的前提下调节工作频带,其具有良好的频带可移植性,能够应用于隐身技术和电磁兼容等领域.     

谐振型吸波材料的理论分析与实验研究

本文提出一种以EPS空心球为基体材料的谐振型吸波材料.由电磁波理论,推导出包覆碳粉的EPS空心球的谐振频率和谐振波长,并对这种吸波材料的吸波性能进行了实验研究.经测试,碳粉最佳体积含量为4%,EPS空心球最优粒度为2mm.在测试频段内,低频(2.4～3.85GHz)吸收达到40dB,高频(8～12.5GHz)在45dB以上.最后对这种谐振型吸收材料的阻燃性进行了测试,达到美国UL94V-1级标准.     

一种新型电流变减振器的原理设计及其性能模拟

简要介绍了电流变流体－一种在振动控制领域极具应用前景的先进复合材料的基本概念及其典型特性，并在此基础上提出了一种新型电流变减振器的原理设计。最后，针对这种减振器的结构特点给出了它的力学模型及其性能分析。     

A polarization-independent and broadband microwave metamaterial absorber based on three-dimensional structure

In this paper, we design a polarization-independent and broadband microwave metamaterial absorber (MMA) based on three-dimensional structure. The simulated results show that the proposed absorber has a broad absorptance band from 60.4 to 100.0 GHz with the absorptance efficiency over 90%. The effective medium theory (EMT), electric field, surface current and power loss density distributions are adopted to explain the physical mechanism of the perfect absorptance. In addition, the absorptance differences can be observed between transverse electric (TE) wave and transverse magnetic (TM) wave at oblique incidence. The proposed absorber can be utilized in many applications such as perfect absorbers and radomes.     

铁氧体吸收剂微观结构对性能的影响

考察了在不同温度煅烧后铁氧体吸收剂粉体的相结构和微观形貌及其在X波段复数磁导率.研究认为铁氧体粉体的微观结构特别是W相的含量对磁导率有显著影响,粉体的磁导率的实部和虚部均随着W相含量的提高而提高,同时频率特性良好.1200～1300℃煅烧后粉体主晶相为W相,此时粉体的复数磁导率比较理想,微波反射率测试也表明该粉体具有较好的吸波性能.     

双质量磁吸振器理论与试验研究

在单质量磁吸振器的基础上提出了双质量磁吸振器的设计方案，并对其减振性能进行了理论和试验研究。正弦扫描和窄带随机振动试验结果表明，平板小阻尼系统在添加双质量磁吸振器后，比单质量磁吸振器振动水平明显减小。     

Multiband superconductivity: A mapping to the extended attractive Hubbard model

Following our recent work which shows that purely repulsive multiband systems effectively reduce to the extended attractive Hubbard model having the on-site repulsion along with nearest-neighbor and next-nearst-neighbor attraction for the cuprate structures, we study the latter model in the mean-field theory.T _c against band filling for various symmetries of pairing is numerically calculated. The results show that, for the region of and expected for the mapping from the original multiband model,T _c has maximum values of the order of 100 K, which is consistent with the experimental results. For certain values of parameters,s- and -wave pairing have similar values of T_c, which may suggest the possibility of a mixed phase of the two.The numerical calculations were done on the HITAC S3800 in the University of Tokyo Computer Centre. This work was in part supported by a Grant-in-Aid from the Ministry of Education, Science, and Culture, Japan.     

超材料在完美吸波器中的应用

超材料的电磁响应不仅由其构成材料决定,更与其谐振单元的微结构和排列组合息息相关,基于电磁超材料的完美吸波器(Perfect Metamaterial Absorber,PMA)通过设计合理的谐振器微结构可实现对特定频段电磁波的100%吸收。PMA具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点,可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。本文在结合国内外研究现状的基础上综述了基于PMA发展历程、结构特征、制备工艺、性能测试等,以期获得对PMA更为深刻和全面的理解。最后对PMA的发展趋势、应用前景和亟待解决的问题做了探讨,具备多功能的主动智能PMA和基于新工艺、新材料的新型PMA将是未来的发展趋势。