影响低发射率涂层与超材料吸波体兼容的关键因素探究

为了实现8～14μm波段低反射率涂层与超材料吸波体的兼容隐身,探究了影响低发射率涂层与超材料兼容性能的关键因素.采用IR-2型发射率测试仪测定涂层在8～14μm波段的发射率,用弓形法测量了超材料涂覆涂层前后的反射损耗曲线,并采用矢量网络分析仪测试了涂层电磁参数.结果表明,涂覆低发射率涂层后,可将超材料吸波体的红外发射率降至0.126,但是其对超材料吸波体原有吸波特性影响较大,平均反射损耗以及吸收带宽都有所减小.在涂层4个电磁参数中,介电常数实部为影响低发射率涂层与超材料兼容的关键因素,低发射率涂层的介电常数实部较高,导致本征阻抗较小,与自由空间的阻抗不匹配,对雷达波的反射较多,涂覆后对超材料吸波体原有反射损耗特性影响大.     

一种多层电阻膜加载宽频吸波结构

本文为了实现宽频带强损耗吸收,设计了一种宽频带组合型吸波结构。该结构采用多层电阻膜和介质组合,通过电路谐振设计使其表面阻抗在谐振频率附近很宽的频带内与自由空间阻抗匹配。仿真结果表明:该吸波结构两个极化下3GHz-10GHz频带内吸收效果都在-10dB以上,在6.8GHz左右吸收最好可达-49.9dB。     

基于微滴喷射成形的多层超材料吸波体设计与制造北大核心CSCD

超材料吸波体朝着多频、宽频的方向发展,多层结构是其增加吸收带宽的重要手段,但对于传统刻蚀加多层粘结的制备方法,其精度难以保证。提出一种基于3D打印技术中微滴喷射成形(MJM)技术制备多层超材料吸波体的新方法,可以一体化成形吸波体结构。首先开展4层吸波体方案设计及吸收率仿真,分析光敏树脂的介电常数/介电损耗、银浆电导率对吸波性能的影响;然后通过制备20×20单元吸波体样品,将实测数据与仿真数据进行对比。实测数据表明,在10.4~19.6 GHz频率范围内的吸收率大于90%,完全覆盖Ku波段,且与仿真数据高度一致,证实了采用MJM技术可以一体化成形多层超材料吸波体结构,减少装配误差,在隐身结构制造领域具有潜在应用价值。     

基于电阻膜的超宽带超材料吸波体设计

为满足宽带电磁隐身需求,提出了一种完全覆盖C～Ka波段、部分覆盖S和U波段的超材料吸波体. 吸波体由四层不同方块电阻的方形电阻膜及泡沫介质基板构成,多层电阻膜结构有效地向两侧拓宽了吸收带宽. 为了分析吸波体的电磁吸收机理,建立并分析了该吸波体的精确等效电路模型. 仿真结果表明,在3.16～51.6 GHz(相对带宽为176.9%)工作频带内,对TE和TM波均能实现88%以上的吸收率,并且对入射角度具有稳定性. 制作、加工并测试了超材料吸波体,实测结果与等效电路计算、全波仿真结果均具有较好的一致性,表明该吸波体在电磁隐身领域具有重要的应用价值.     

基于改进粒子群优化算法的宽角度高吸收率超材料吸波体设计

超材料吸波体的性能受电磁波入射角度的影响,具有宽角度稳定性的吸波体一直是吸波体设计的难点之一。传统设计方式依赖于人工设计和优化,存在设计困难且周期长的缺陷。针对设计目标的特点,基于改进粒子群优化算法设计了宽角度高吸收率超材料吸波体。通过添加动态权值和高斯误差解决二进制粒子群优化算法后期局部搜索能力弱的问题,用改进的二进制粒子群优化算法优化吸波体表层0、1编码的离散金属块结构实现高吸收率和宽入射角吸收特性。仿真结果表明,设计的超材料吸波体在9.4～13.3 GHz频段的吸收率大于90%,在11.6～12.6 GHz频段内可实现完美吸收（吸收率大于99%）,横电、横磁极化波60°斜入射情况下超材料吸波体在带宽内的吸收率大于80%。该设计方法有效弥补了传统设计方法的缺陷,展现出按需设计和设计过程无需人为干预的独特优势,在相关领域具有广泛的应用前景。     

基于电流变液的宽带可调超材料吸波体设计

为将超材料吸波体更好地应用于生产生活中,文中设计了一种基于电流变液的宽带可调超材料吸波体。通过在超材料吸波体中加载电阻器和介电常数电可调的电流变液实现宽带吸收和吸收频带可调。仿真结果表明,吸波体在8.296~15.128 GHz之间的吸收率超过了80%,在11.5~15 GHz之间的吸收率超过了90%,实现了电磁波的宽带吸收。随着电流变液外加电场强度的增加,其吸收频带逐渐往低频发生移动,实现了吸收频带的调控。此外,仿真证实,由于吸波体结构单元具有旋转对称性,其吸收特性具有极化无关性。     

十字架型超材料吸波特性及机理研究

设计了一种十字架型电磁超材料吸波体,采用CST studio suite 2009 频域求解器提取S 参数进行仿真研究,并计算了其吸波率,在24.65 THz 和35.25 THz 得到两个吸收峰,吸收率分别为0.83 和0.997。改变材料结构尺寸,在7.3 THz 达到完美吸收,吸收率接近于1。将THz 波段的超材料吸波体结构尺寸放大1000 倍,在GHz 波段同样可以达到完美吸收,说明超材料吸波体可通过对结构尺寸调节改变吸收波段。另外研究了这种吸波体的吸收机理,发现吸收主要在第一层的十字架金属单元层,可用于Bolometer 探测器的设计。     

结构型多尺度超材料吸波体的设计与研究

文中提出了一种结构型多尺度超材料吸波体。微观层面,该吸波体的结构单元采用微米级羰基铁粉 (CIPs)和多壁碳纳米管(MWCNTs),二者可有效提升吸波体的介电损耗及磁损耗特性;宏观层面,吸波体结构单元 顶部为平台型结构,可提升吸波体对电磁波的阻抗匹配特性。仿真结果表明,该超材料吸波体的反射损耗最小值为 -18. 15 dB,吸收率峰值可达0. 98,吸收率超过0. 9 的频带宽度为5. 5 GHz。通过CIPs、MWCNTs 以及吸波体宏观结 构的协同作用,该吸波体可实现高效宽带吸收特性。     

新型电阻膜吸波体在封装辐射抑制中的应用

为抑制封装系统中无意的电磁辐射,设计了一种单元尺寸为0.079λ_L×0.079λ_L、厚度为0.057λ_L的新型电阻膜超材料吸波体结构.该电阻膜超材料吸波体通过在玻璃基板的两侧溅射氧化铟锡薄膜,并在顶层设计图案化的强耦合结构实现了超带宽吸收.通过仿真和实物测试证实了该吸波体结构在17～41 GHz频率范围内具有90%以上的吸收率.为了进一步研究其电磁辐射抑制能力,将该吸波体应用于封装系统模型中,仿真结果显示在18～47 GHz频率范围内3 m辐射电场明显降低,最佳抑制效果达到18 dB.所有结果表明所提出的电阻膜吸波体具有小型化、超宽带、极化不敏感和角度稳定的特性,其良好的辐射抑制能力为封装系统的辐射超标问题提供了新的解决思路.     

基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体

基于二维材料石墨烯,设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成,顶层为石墨烯超材料,中间层为二氧化硅,底层为金属薄膜。仿真结果表明,当石墨烯的费米能级为0.7 eV时,该吸波体在1.11~2.61 THz频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0 eV增大到0.7 eV时,该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外,该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此,它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。     

基于双层VO2的可调谐宽带太赫兹超材料吸收器

基于VO₂的相变特性,提出一种具有宽带特性的太赫兹超材料吸收器,包括2层VO₂图案、2层聚酰亚胺介电层和1层金属反射层,共5层结构。对吸收器的吸收特性、电场分布和可调谐特性进行仿真分析,结果表明,所设计的吸收器吸收率大于90%的带宽为2.56 THz。该吸收器将2层结构相同但尺寸不同的周期单元堆叠,有效扩展了带宽;且通过控制VO₂从绝缘态到金属态的相变,可以实现吸收率的连续调谐。通过研究不同偏振角及入射角条件下所设计超材料吸收器的吸收性能发现,该吸收器具有偏振无关、在较大入射角入射时吸收不敏感特性。所设计的吸收器有望在太赫兹通信、成像和探测器等领域得到广泛应用。     

基于集总电阻的宽频带超材料吸波器研究

设计了一种加载集总电阻且极化稳定的宽频带超材料吸波器,并进行了理论分析和实验验证。仿真结果表明,该吸波器在7.8 GHz 到17.2GHz 频段内具有吸收率超过90%、相对带宽达到75.2% 的良好吸波特性。通过S 参数计算得到的等效输入阻抗表明,集总电阻的加入可以使该结构在较宽的频带内有较好的的阻抗匹配特性。在FR4 基板有损耗、无损耗时吸波器的吸收率表明,电磁波能量主要损耗在集总电阻中,从而达到宽频带吸波。在加载不同集总电阻阻值时,集总电阻存在一个最佳值,能实现吸波器的带宽最宽,强吸波效果最佳。     

基于局部表面等离子体激元的共振增强超材料吸收器的吸收性质

提出了一种在150～165 THz区域内的具有单峰吸收特性的高性能超材料吸收器。设计的吸波器包含两个阵列:双金属颗粒阵列和双空气孔阵列。金属层的阻尼常数在模拟中被优化。发现在模拟中使用2. 3倍的阻尼常数时,可以获得最大吸收率96%。吸收峰由局域表面等离子体(LSP)模式共振激发。为了揭示共振电磁机理,进行了两组模拟,研究结构参数变化对共振吸收峰的影响。发现随着垂直距离V的增加,吸收峰被增强,当V=160 nm时,获得新的吸收带。在第二次模拟中,对于水平距离H的增加,吸收峰也增强,并且当H=190 nm时获得另一个新的吸收带。电场强度分布结果表明LSP模式的激发和LSP模式之间的耦合效应导致吸收峰增强现象。     

基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料

提出一种基于石墨烯的双波段太赫兹超材料吸收体,它由金属-电介质-石墨烯3层超材料结构单元在水平方向上进行周期性拓展而成。仿真结果显示,其在太赫兹波段6.62 THz和 9.36 THz分别产生99.9%和98.9%的高吸收率;通过改变石墨烯的费米能级,可以灵活地控制吸收体的谐振频率和吸收强度,而吸收体的吸收强度也可以利用石墨烯的弛豫时间进行单独控制。另外,研究了吸收体中间介质层厚度和介质损耗对吸收率的影响,这为吸收体初始加工工艺参数的确定提供了依据。研究结果表明,提出的基于石墨烯的太赫兹超材料吸收体结构简单,易于加工,可通过偏置电压或者化学掺杂,简单地实现吸收体的可调谐性,为双波段高吸收率太赫兹超材料吸收体的设计提供了重要参考。     

基于二氧化钒超材料的双窄带太赫兹吸收器

提出一种基于二氧化钒(VO₂)超材料的吸收器,由3层结构组成,从上往下分别为2个VO₂圆、中间介质层和金属底板。仿真数据表明,该吸收器有2个很强的吸收峰,分别为4.96 THz和5.64 THz,相对应的吸收率为99.1%和98.5%。利用阻抗匹配理论和电场分布进行分析,阐明了吸收的物理机制,并进一步分析了结构参数对吸收率的影响。所提出的吸收器具有可调谐的特点,能够灵活调控吸收率,为太赫兹波的调控、滤波等功能的实现提供了良好的方案。该吸收器在图像处理、生物探测和无线通信领域都有潜在的应用。     

Terahertz Metamaterial Modulator Based on Vanadium Dioxide

We present a design of terahertz modulator based on metamaterial absorber structure withvanadium dioxide (VO2), which can be controlled by optical-pumping or temperature variation. With the state change of VO2 from an insulator to a metal, the absorption has an abrupt increase from zero to 88.5%. In particular, the VO2 layer here is used to not only provide the modulating character, but also replace the metal ground plane to join the resonance operating as a metamaterial absorber. This work demonstrates a feasibility of VO2 in metamaterial perfect absorber, and exhibits potential applications in controllable terahertz devices.     

超材料吸波体设计及其雷达散射截面分析

设计了一种基于电磁超材料的吸波体。该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成,上层金属是由刻蚀交叉缝隙的贴片形成的电谐振器,下层金属不刻蚀,作为整个金属地板。通过优化结构参数,得到了一种极化不敏感、宽入射角的超薄吸波体,吸波率达到99.1%,厚度只有约0.01λ.通过对其雷达散射截面(RCS)的分析,表明该吸波体具有良好的RCS减缩特性,在法向方向最大减缩20 dB.实验结果与仿真结果一致,表明该吸波体在电磁隐身领域具有潜在的应用价值。     

基于超材料完全吸收器的低RCS微带天线

为降低微带天线雷达散射截面(RCS),提出了一种基于超材料完全吸收器的微带天线。通过电磁场仿真软件设计了一种和微带天线工作频带匹配的圆环宽频带超材料吸收器,并将其加载在传统微带天线上制作成基于超材料完全吸收器的微带天线。实验结果表明,保持天线辐射性能不变的情况下,超材料吸收器可以有效减小天线RCS,其中,正面0°方向的RCS值最大缩减达到了-15.8 dB。