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.     

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。     

缺陷对左手材料内部能量分布的影响

研究了以金属铜六边形开口谐振环（split ring resonators, SRRs）和铜线为基本结构单元的左手材料内部能量分布状态.利用波导测量线法测量了受X波段（8—12GHz）微波作用时左手材料及含空位和线缺陷左手材料内部电磁场能量分布.实验发现左手材料样品只对其谐振频率9.6GHz及附近发生介电响应，而对非谐振区频率几乎没有响应.引入空位和线缺陷后，导致左手材料内部的电磁场能量幅值整体减小，最大下降幅度达23%. 认为缺陷的引入破坏了左手材料的周期性有序结构，导致SRRs和铜线间的相互作用改变，从而引起其内部电磁场能量变化.     

红外智能可调宽带超材料吸波体设计

设计了一种基于多开口同心银环的红外宽带超材料吸波体,在此基础上提出了基于电流变液的红外智能可调宽带超材料吸波体.采用Microwave Studio CST的频域有限元积分方法对结构单元的有关电磁参数进行仿真计算,结果表明结构单元在波长5.89um~6.4um之间吸收率保持在90%以上;将结构单元置于电流变液中,通过改变电流变液的外加电场强度可以实现吸收频带的智能调控.此外分析了宽带吸收产生的原因,探索了结构尺寸对其吸收特性的影响.该吸波体结构简单,容易制备,在红外辐射屏蔽、红外光谱检测和红外辖射探测等领域具有重要的应用价值.     

电控可调谐双波段超材料吸波体分析

为实现超材料吸波体吸收频率的智能调控,采用理论分析与模拟仿真相结合的方法,首先设计了一种双波段超材料吸波体,然后在双波段超材料吸波体中加入电流变液,通过改变电流变液外加电场的强度实现了双波段超材料吸波体吸收频率的智能调控。结果表明：双波段超材料吸波体在7.403 GHz和17.511 GHz处出现了两个吸收峰,吸收率分别为99.8%和70%;随着电流变液外加电场强度的增加,吸波体的吸收频率逐渐往低频发生移动,吸收频率调节率高达55%,由此提出了一种智能调控的双波段超材料吸波体。     

用于构成左手化材料(LHMs)的开口谐振环的研究

考虑到谐振环几何形状和相互作用等因素,利用细铜丝制作了六边形开口谐振环(split ringresonator),研究了单个和多个谐振环在微波X波段(8-12GHz)的电磁响应行为。研究结果表明:对于单个谐振环,开口位置影响谐振频率和透射率;谐振环径向间距的在一定范围内增大,谐振频率将向高频移动,当径向间距进一步增大时,谐振频率反向低频移动;同时,谐振环的透射率将持续下降;当开口间距增大时,谐振频率将向高频移动;对于谐振环列(SRRs),谐振环间的相互作用促使谐振环列的透射率峰值明显下降,随着环间距的增大,谐振环列的谐振频率下降,透射率降低;对于一定的环间距,开口存在着一个最佳值,此时,谐振环列发生一次谐振,透射率较低,相反,谐振环列发生两次谐振。     

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。     

Au/VO2结构可调控红外吸收器

设计了一种基于Au/VO_2结构的可调控红外吸收器,由谐振贴片、介质夹层和金属背板3层结构组成。利用VO_2的温控相变特性,将部分田字形Au贴片结构替换为VO_2,通过改变环境温度对吸收器的吸收峰值、位置和带宽进行调控。由于VO_2具有温控相变特性,吸收器会在不同温度下表现出不同的吸波效果。当温度高于相变温度时,吸收器在远红外大气窗口形成一个吸收率为99.68%的吸收峰;当温度低于相变温度时,吸收器在中、远红外大气窗口分别形成吸收率为89.29%和99.83%的吸收峰。利用表面电流和磁场分布对吸收器的吸波机理进行分析,发现反向平行分布的表面电流激发出磁偶极子,进而产生强烈的磁谐振,达到吸波效果。最后分析了电磁波的极化方式和入射角度以及介质材料属性对吸波效果的影响,发现此吸收器具有较好的极化稳定性和大角度吸收性,并且吸收峰随着介电常数的增大向长波方向漂移。     

基于CSRR-SIW结构的复合左右手带通滤波器小型化设计

提出了一种基于互补开口谐振环-基片集成波导（complementary split-ring resonator-substrate integrated waveguide,CSRR-SIW）结构的复合左右手带通滤波器,可应用于5G频段。采用互补开口谐振环（complementary split-ring resonator,CSRR）代替传统开口谐振环结构,有效地减小了中心频率,通过改变端口馈电方式展宽了带宽并改善了高频端带外抑制特性。基片集成波导（substrate integrated waveguide,SIW）结构将电磁波限定在一定空间范围内传播,使得该款滤波器较为紧凑。将4个具有左手特性的互补开口谐振环单元加载到带通滤波器中,通过调整优化,可在通带处产生2个传输零点,并进一步缩小滤波器的体积。测试结果显示：滤波器的中心频率为4.92 GHz,3 dB带宽为240 MHz,带内插损最大值为1.7 dB,且在5.88～13.80 GHz的带外抑制大于20 dB。     

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。     

一种宽带带通三维频率选择表面设计及分析

基于方形波导结构提出了一种宽带带通三维频率选择表面(3D FSS).所提出的FSS的单元结构由上下端面刻蚀两个相同正方形金属贴片的介质方块和空气方形波导组成,此时每个端面形成了方形槽谐振单元.在电磁耦合作用下,方形槽谐振单元原有单一的谐振模式耦合分裂为奇模和偶模两种谐振模式,由此产生了两个传输极点,从而形成了一个平坦的二阶通带,且通带3 dB相对带宽为25.12%.通过等效电路模型,阐明了该FSS的工作原理.仿真结果显示:在TE和TM两种极化方式下,以0°到45°角度入射时所提出的FSS具有稳定的频率响应.此外,该3D FSS还具有相对较小的单元结构.     

一种具有高稳定度的新型小型化频率选择表面

提出了一种小型化的带阻型频率选择表面（FSS）新单元。这种新单元通过将方环内的部分分为四个对称区域,并在每个区域内增加三角螺旋结构来增加单元的谐振长度,从而实现了FSS单元的小型化。仿真和实测的结果表明,这种FSS的单元长度相比波长节省了近90%,同时对于以不同角度和极化方式入射的波具有极好的稳定性,适合在实际有限空间内的应用。     

液体膜切变波共振吸收谱仪的研制与应用

自行研制了液体膜切变波共振吸收谱仪,给出了该仪器的工作原理和技术指标,应用该仪器对厚度为0.1 mm的水膜进行测试,在150-550 Hz的频率范围得到8个共振吸收峰,并发现系统的共振频率由空载时的150 Hz以下移至550 Hz以上,显示水膜已参与了振动,提供回复力矩,故全部的峰均可能是水的共振吸收峰,其中178Hz和476Hz的吸收峰有可能是固体起振Cu丝与水相互耦合的共振吸收峰.     

Dy2O3掺杂对纳米锂铁氧体微波吸收特性的影响

采用机械合金化的方法制备纳米晶 L i Fe5O8和 L i Fe4.994Dy0 .0 0 6O8,在不同温度下进行热处理 ,并研究了它们的吸波性能 .实验结果表明 :Li Fe5O8在 7～ 1 2 GHz频段内有三个吸收峰 ,具有一定的吸波性能 .当加入少量的 Dy2 O3 后 ,吸收峰的位置发生了变化 ,其吸波性能得到显著的提高 .它是一种有发展前景的吸波材料     

一种高性能微带三通带滤波器设计

提出了一个由加载开路存根的S型阶跃谐振腔结构组成的三通带微带滤波器设计方案．该结构以阶跃谐振腔为主体,并在其基础上附加阶跃开路存根．普通阶跃谐振腔结构是一个典型的双模谐振腔,文中正是利用这个性质来生成双通带．同时附加阶跃开路存根被用来构成了第3个通带．仿真结果显示,滤波器分别在2．4、3．85和5．2GHz,同时阻带特征低于-30dB．结果表明,该滤波器可以很好覆盖WLAN和Wimax通信,具有很好的应用空间．     

基于电单负特异材料量子阱的可调紧凑型多通道滤波器

研究了由电单负特异材料量子阱实现的可调紧凑型多通道滤波器。利用电磁场传输矩阵方法计算出由两层电单负特异材料和一层正常介电材料构成的单个量子阱,及多个级联量子阱实现的可调型多通道滤波性。电单负特异材料的介电常数由德鲁得模型给出。通过多个电单负特异材料量子阱的耦合使得单个共振峰被劈裂成多个分离的共振峰导致了多通道滤波特性。跟常规的多通道滤波器比较,本文设计的滤波器结构更紧凑,而且可调节性好,有望在未来的光子器件中发挥作用。     

一种新型三模宽带带通滤波器的设计

提出了一种基于三模环形谐振器的微带带通滤波器。三模谐振器是由加载开路枝节的环形谐振器组成,在通带内产生三个谐振模式。环形谐振器的多径效应使得信号相抵消,在通带的上下截止频率处产生两个传输零点,因此滤波器会有较好的通带选择性。仿真和测试结果表明,滤波器的中心频率为5.05 GHz,通带频率为4.4~5.7 GHz,带内插损小于1.7 d B。     

基于超材料技术的吸波型频选结构设计

提出了一种复合型吸波频率选择表面（absorptive frequency selective surface, AFSS）结构,由超材料吸波体（metamaterial absorber, MA）和频率选择表面（frequency selective surface, FSS）组成.复合型MA由加载电阻的平面型方环结构和立体型双面开口C型环结构组成,吸波频段为4.79～30.57 GHz,具有极化不敏感特性,在斜入射45°内保持稳定吸波. FSS采用了圆环缝隙旋绕结构,通过6次旋绕枝节实现了1.96～2.16 GHz频段内小于1 dB的插入损耗,形成低频通带.二者组合形成的复合型AFSS,能在1.28～1.38 GHz频段内良好透波,4.88～30.58 GHz频段内宽带吸波,实现了吸透波一体的性能.