石墨烯可调谐双频完美吸收器设计

利用石墨烯优异的可调光学特性，设计了一种由石墨烯谐振器、SiO₂介质层及金属反射层组成的可调谐双频完美吸收器，研究了石墨烯化学势、偏振角及尺寸大小对吸收器吸收性能的影响，并分析了共振频率处的电场模式，进一步解释吸收器的吸收原理.结果表明，吸收器在6.363 THz和8.987 THz处的吸收率分别为99.98%和99.99%;吸收峰位可通过改变石墨烯化学势进行有效调节，0°～80°范围内的任意偏振角下，峰值吸收率均可达90%以上；SiO₂介质层厚度对吸收器的共振峰位几乎没有影响，但对峰值吸收率有一定影响，随着厚度的逐渐增加，吸收率先升高后降低，在厚度为3.1μm附近时实现完美吸收.以上结果说明，吸收器的高吸收率主要源于电磁共振作用.     

基于狄拉克半金属超材料的太赫兹吸波体研究

设计了一种基于狄拉克半金属的超材料太赫兹宽频及双频吸波体.该吸波体由三层结构组成,上层为狄拉克半金属层,中间为介质层,底层为金属基底.首先设计了U型的单峰吸波体,该吸波体能够实现在6.02THz处的完美吸收.通过研究单峰吸波体的表面电流分布可知,入射太赫兹能量的吸收主要来自沿U型臂方向上电场引起的电偶极子振荡.然后通过多个吸收峰叠加扩展带宽的原理,设计出了双频和宽频吸波体.仿真结果表明,本文设计的双频吸波体能够在5.33THz和5.86THz处实现94.7%及91%的吸收率,宽频吸波体在5.59THz到5.90THz之间吸收率可达90%以上.同时,利用狄拉克半金属电导率的可调节性,通过改变狄拉克半金属的费米能级,无需优化几何结构和重新制造结构,便可以实现共振吸收峰频率的动态调谐.     

加载二氧化钒的太赫兹宽带可调超材料吸波体设计

为了实现太赫兹波调制器件对太赫兹波的快速响应,设计一种基于二氧化钒(VO_2)电阻膜的太赫兹波段宽带可调谐超材料吸波体,研究不同温度时吸波体的吸收率,并通过监控表面电流分布,分析吸波体宽带吸收以及可调吸收的机理。结果表明:吸波体在温度为35℃时表现出宽带吸收特性,吸收率大于90%的频段频率为6.508～9.685 THz,带宽为3.177 THz,通过改变温度可以实现吸波体吸收率的调控;该吸波体对电磁波的吸收具有极化不敏感和宽角度吸收的特点。     

基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO_2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.     

基于Dirac半金属和水的宽带太赫兹吸波体

本文提出了一种基于体Dirac半金属(BDS)和水的太赫兹(THz)双可调谐宽带超材料吸波体.与传统的单控吸振器不同,此吸波体可以通过温度和费米能级进行调节.模拟结果表明,当水和BDS的温度和费米能级分别调整在15℃和30 meV时,吸波体在2.97～6.11 THz频率范围内吸收率均大于90%.与没有注入水或没有BDS组件的吸波体相比,吸收率在90%以上的带宽有了明显提高.此外,通过调节水的温度或BDS的费米能量,吸波体的吸收带宽和强度可以独立或联合控制,而无需重新设计器件.利用水的介电常数可通过温度来调节的特性,以及BDS可通过费米能量来控制的特点,我们解释了双控吸波体的作用机理.本文采用场分析的方法来研究和阐明宽带吸收的物理机理.基于此吸波体优异的性能,本文的研究结果可能在热探测器和太赫兹成像领域有潜在的应用价值.     

基于狄拉克半金属及氧化钛酸锶的双调控THz吸波体研究

提出了一种由狄拉克半金属贴片阵列、氧化钛酸锶介质层和金属接地板组成的温度和费米能量双调控的太赫兹(THz)吸波体.计算结果表明,将狄拉克半金属的费米能级从10 meV调至40 meV,吸收频率在2.36～2.42 THz之间变化,吸收峰大于99%.当氧化钛酸锶的温度在200～350 K之间时,吸收中心频率从1.86 THz增加到2.58 THz.此外,计算了吸收率随角度θ和φ的变化情况.为了解释THz波吸收机理,还探讨了在吸收频率处的电场分布和功率损耗密度分布.     

基于石墨烯的低频段多功能的超材料吸波体设计

基于石墨烯的光电特性设计了一种光学透明、柔性和宽带可调的低频段超材料吸波体,同时采用商业电磁仿真软件CST Microwave studio对不同石墨烯费米能级下吸波体的吸收特性进行了计算.结果表明:当石墨烯费米能级为OeV时,吸波体在600 MHz～1 GHz的范围内其吸收率超过了90％;改变电压可以改变石墨烯的费米能级,从而可以调节其吸收率.此外,通过仿真证实,吸波体具有极化不敏感和宽入射角度的吸收特性,同时,其也具有吸收率高、柔性、可见光透明和宽带可调等优点,因此其在低频段电磁隐身、探测和传感等领域具有潜在的应用价值.     

嵌入频率选择表面的薄层宽带磁性吸波材料研究

介绍一种在两层磁性材料之间嵌入频率选择表面的薄层复合吸波结构的宽带吸收特性.频率选择表面由金属方环阵列和低耗介质板构成,其上层、下层磁性材料为不同电磁参数的羰基铁复合物.不加频率选择表面的传统磁性吸波材料若想在宽带取得良好的吸收效果,需要较大的厚度和面密度,导致其应用范围受限.引入频率选择表面能够增强复合吸波结构的吸收频带,并有效减薄吸波结构的厚度.在阻抗匹配条件下,电磁能量主要通过金属单元的欧姆损耗和底层磁性材料的磁损耗进行吸收.为了验证该复合吸波体的吸波性能,在电磁仿真软件HFSS 15.0上搭建模型,而后根据仿真结果对结构参数不断进行优化.最终的仿真结果表明,复合吸波材料厚度为2 mm,2 GHz处反射率可达-5.5 dB,在3.4 G～9 GHz频段反射率为-10 dB,在9 G～18 GHz频段反射率依旧达到-8 dB以下.而无频率选择表面的复合吸波材料,在同等条件下,虽然峰值吸收率较大,但在12 GHz以上吸波性能快速恶化,难以满足宽带吸波的要求.因此,含频率选择表面的复合吸波体具有吸收频带宽的优势,具有广泛的应用前景.     

基于石墨烯光电特性的超宽带可调超材料吸波体设计

利用石墨烯的电导率可调特性设计了一种超宽带可调超材料吸波体。模拟计算了不同石墨烯费米能级时吸波体的吸收率,结果表明,当石墨烯费米能级为0.7 eV时,吸波体在1.74 GHz ~10.44 GHz 的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当改变外加电压使石墨烯的费米能级从0.7 eV逐渐减少到0 eV时,吸波体在1.74 GHz~10.44 GHz的吸收率逐渐下降,其调制深度可达53.8%,实现了吸收率可调的功能;通过对表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;模拟分析了石墨烯费米能级为0.7 eV时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低。     

基于石墨烯电光特性的多功能超材料吸波体设计

本文利用石墨烯的电光特性设计了一种可见光透明且振幅可调的超材料吸波体.首先通过商业软件CST Microwave Studio 2011模拟了石墨烯费米能级为0.5 eV时,介质层厚度对吸波体吸收特性的影响,仿真结果表明,介质层厚度从1.3 mm增加到1.6 mm,吸波体的中心频率从84 GHz红移到67 GHz,且吸收率几乎不变;其次模拟了介质层厚度为1.5 mm时,石墨烯费米能级对吸波体吸收特性的影响,仿真结果表明,通过改变电压来改变石墨烯的费米能级可以使吸波体实现振幅可调的功能,其调制深度可达47.9%左右,并且通过仿真证实了该吸波体还具有极化不敏感及入射角度不敏感的特性;最后对该吸波体表面电流分布及内部的空间电场进行仿真与分析,并阐述了其电磁吸波及振幅可调的机理.该超材料吸波体不仅具有超高的电磁波吸收率,并且具有可见光透明和振幅可调的功能,在隐身、探测和通信等领域具有潜在的应用价值.     

基于超材料的宽带吸波/透波一体罩设计

基于频率选择表面设计了一种具有透波功能的宽带超材料吸波体,首先模拟计算了吸波体的吸收率和透过率,结果表明,吸波体在4.572GHz～11.583GHz和14.604GHz～17.017GHz之间的吸收率达到了85%,在13.046GHz处的透过率达到了70%,同时具有宽带吸波和透波的功能;通过对其表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收和透波的机理.其次,模拟分析了入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性和透波特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性和透波特性具有极化不敏感的特点,但是其对入射角度比较敏感.最后,模拟分析了其结构尺寸参数以及集总元件电参数对其吸收特性和透波特性的影响.     

含石墨烯三明治结构杂化超表面微波吸收性能调控研究

基于石墨烯的电磁可调性与具有特殊电磁响应的无源金属结构耦合,设计了三明治结构微波吸波超表面,系统研究了金属结构和石墨烯电性对吸波性能的调控。通过三维全波电磁场仿真,证实可以通过调节石墨烯方阻改变谐振频率处的吸波率,于740 Ω/sq实现微波的完美吸收,且由担任相移介质的聚丙烯的厚度控制谐振频率。构建l 石墨烯结构与金属微结构杂化超表面,对引入金属谐振模式进一步增强微波吸收的超表面设计,证实了可通过调节石墨烯方阻获得频率23.2 GHz和36.4 GHz处的微波完美吸收以及由其确定的宽带吸收。分析了作为主要结构参数的金属线宽、周期、金属石墨烯间距对吸波率与频率的影响。该研究在拓展超表面设计与石墨烯应用方面有着一定的价值。     

鱼刺状宽带超材料吸波体设计研究

实现宽带吸收是超材料吸波体研究面临的主要问题之一.基于此设计了鱼刺状宽带超材料吸波体,采用商业电磁仿真软件Microwave studio CST对超材料吸波体的吸收性能进行了计算和分析,结果表明设计的鱼刺状超材料吸波体可以在较宽的频率范围内实现电磁波的高吸收,在89.68~94.36GHz之间吸收率保持在90%以上.结构单元具有简单、较容易制备等优点.     

基于超材料的X波段双频吸波体设计研究

文章设计了一种基于超材料的X波段双频吸波体,其结构单元由2个同心圆环的谐振结构、介质基板和金属基底组成。利用3D有限时域差分(finite difference time domain,FDTD)算法对吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟,该吸波体在X波段有8.842、11.86GHz 2个吸收频点,吸收率分别为98.86%、94.09%,基板的厚度是其中心频率工作波长的1/57。同时计算分析了不同极化角吸收率,结果表明该吸波体具有极化不敏感特性。对吸波体的结构参数(如基板厚度、介电常数和损耗角正切)对吸波性能的影响也进行了分析研究。     

宽频带超材料微波吸收结构研究

将3D超材料吸波结构和磁性吸波材料相结合使用,对宽频带微波超材料吸收结构进行了设计优化和电磁场仿真研究.利用磁性材料本身的电磁波吸收性能和周期性超材料吸波单元的频率可设计性,并充分考虑了3D渐变单元的电磁场匹配和多次反射吸收的情况,设计了由圆台形单元组成的周期性吸波结构:每个圆台由20层尺寸渐变的金属谐振单元和以羰基铁粉为吸波填充材料的磁性复合层相间堆叠而成.采用电磁仿真软件CST Microwave Studio进行了结构设计以及吸波效果和电磁场分析,结果表明:此结构在4.5 G～18 GHz频率范围内电磁波吸收效果较好,正入射的吸收率大于90%.仿真和分析结果也表明,吸波材料和超材料相结合,在厚度不超过5 mm的情况下,所能够实现的吸波频率的下限约为4 GHz.     

基于多波段的太赫兹吸波体高灵敏传感器

基于目前多波段吸波器工艺复杂且波段较少，设计一种由两个开口谐振环所组成的多频段吸波体高灵敏传感器。采用时域有限积分法对其进行仿真分析。结果表明，所设计的传感器具有4个吸波率96%以上的吸收峰。在其表面附着一层待测物，改变其折射率，发现其各波段吸收峰的频率与折射率之间均呈现良好的线性特性，且在频率f=3.095 THz处具有较高的灵敏度915 GHz/RIU和较高的FOM值19。将其应用于不同浓度的葡萄糖溶液仿真检测，结果显示其可以有效传感3%、5%、7%、9%浓度的葡萄糖。此吸波体高灵敏传感器的出现可以避免吸收峰少所带来的分析物无法检测及检测精度较低等问题，为葡萄糖的检测提供一种新的手段。     

具有低频传感和高频宽带吸收功能的超材料吸波体设计

基于钛酸锶和电阻膜设计了一种多层结构的具有低频传感和高频宽带吸波功能的超材料吸波体.超材料吸波体在低频1.09 GHz处产生了一个可用于传感测量的吸收峰;在高频9.2～10.9 GHz之间产生了一个宽带吸收峰,带宽达1.7 GHz.通过对超材料吸波体吸收频率处的表面电流分布进行监控,阐述了低频和高频处的吸波机理.仿真计算结果证实,吸波体在低频和高频处的吸波特性是极化无关的,但是对入射角度是敏感的.超材料吸波体具有结构简单、功能多等优点,在传感测量、探测和电磁隐身等领域具有潜在的应用价值.     

基于分形结构的太赫兹超材料吸波体

基于分形结构在太赫兹频段设计了一种超材料吸波体,发现该吸波体出现双频点吸收现象.仿真研究了衬底厚度对吸波体吸收率的影响,调节衬底厚度可以实现吸波体与自由空间的近似阻抗匹配.第一谐振点A在衬底厚度为5.4μm时的吸收率最高,第二谐振点B在衬底厚度为1.4μm时的吸收率达到99.9%.随着分维数的增加,谐振频点B逐渐向高频移动,吸收效率几乎保持不变.仿真结果表明,通过调节分维数,可以设计不同频点的吸波体.对双层结构和三层结构进行仿真优化,设计了宽频带吸波体.     

适用于77GHz车载毫米波雷达电磁屏蔽的 超材料吸波体设计

基于柔性光学透明的ITO导电薄膜和PDMS介质,设计了适用于77GHz车载毫米波雷达电磁屏蔽的超材料吸波体.吸波体在74GHz～78GHz范围内的吸收率超过了90％,中心频率77GHz处的吸收率达到了98％.仿真证实该吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点.吸波体具有结构简单、柔性、光学透明和极化无关的优点,在77GHz车载毫米波雷达电磁屏蔽中具有重要的应用价值.     

基于双层电阻膜的宽频带超材料吸波体设计

设计了一种基于双层电阻膜的宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体,该吸波体结构单元依次由圆环电阻膜、介质基板、圆环电阻膜、介质基板和金属背板组成。采用时域有限差分算法对其进行数值模拟分析,仿真得到的反射率和吸收率表明:该吸波体在11.5～20.3 GHz范围内对入射电磁波有大于90%以上的强吸收特性。仿真得到的不同极化角和不同入射角表明该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步仿真得到各个结构参数对吸收率的影响表明:该双层电阻膜结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电路谐振机制,通过对介质基板厚度和电阻膜宽度、电阻值的设计可以对频率范围和工作带宽进行调节,使吸波体实现超宽带吸收。