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.     

基于超材料的雷达吸波材料研究进展

雷达吸波材料能够有效地抑制透射波和反射波,因而被广泛应用于隐身、电磁屏蔽和兼容以及无线通信等领域。受制于材料的电磁频散特性,传统吸波材料的宽带低频吸波性能难以进一步提高。近年来,随着超材料结构设计的不断发展,基于超材料构架设计实现的宽带电磁吸波,由于具有更加灵活的电磁调控能力,因而在其电磁性能提升方面具有更大拓展空间。围绕雷达吸波超材料的最新研究进展,结合电磁吸波超材料的发展背景、设计原理和性能表征方面的内容,着重介绍了基于多谐振叠加吸波结构、超材料与传统材料复合吸波结构、三维阵列吸波结构以及人工表面等离激元吸波结构设计的宽带雷达吸波超材料,并对于未来雷达吸波超材料的发展趋势做进一步展望。     

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.     

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。     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

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.     

电导率对纳米磁性金属膜微波吸收性能的影响

基于纳米金属膜电导率和介电性的理论基础,采用0.05～5 GHz 宽频带扫频测量所得的复磁导率,计算分析电导率对具有不同微波磁谱特性的纳米磁性金属膜吸波性能的影响.研究结果表明具有较高磁导率的纳米磁性膜,当其电导率低于100 S/m 时,该薄膜材料在微米级厚度时就具有良好的吸波性能,即在0.05～5 GHz 的宽频段反射率小于-4 dB;降低薄膜电导率可以显著改善薄膜吸波材料的电磁匹配性能,从而提高其吸波性能.     

宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料设计

超材料具有传统材料所不具备的超常物理性质,对电磁场、声场等物理场可以实现自由调控。设计了一种由多尺寸的亥姆霍兹共振器和多尺寸的金属谐振结构组成的宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料,实现了对声波和电磁波的宽频双吸收。仿真结果表明：文中提出的超材料在690~927 Hz范围内具有0.8以上的高吸声系数,在9.11~11.10 GHz范围内对微波具有0.8以上的吸收系数。所提出的多功能超材料对于声波及电磁波均具有宽频、高效的吸收作用,在噪声污染防治和电磁防护方面有潜在的应用价值。     

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...     

斜入射时Salisbury屏电磁参数匹配规律研究

利用电磁波传输理论,研究并推导出了电磁波斜入射时Salisbury屏后向反射率公式,使用三维网格法讨论了各个电磁参数、隔离层厚度、入射波频率等同后向反射率之间的关系.研究结果表明:在2～18GHz范围内,角度后向反射率有很大;在f=16GHz时,μ_(r1)和μ_(r2)取值的增加使得材料的磁损耗和储能能力加强,导致材料有很好的吸收效果;然而ε_(r1)和ε_(r2)取值增加时,由于表面反射效应增强,使得吸波效果下降;在2～18GHz频段内后向反射率均可达到4.5dB以上,能够满足军事和民用的要求.     

AMC吸波体设计及其应用

对基于涡旋谐振环的AMC结构引入介质损耗,得到了一种“完美”吸波体,实现了单一频点2 GHz下较强的窄带吸波;然后加载集总参数元件拓展吸波体的频带宽度,在低频超宽带1.7 ~ 2.2 GHz范围实现了90%以上的吸收率,并对其吸波机理进行了分析;最后将宽带吸波体敷设到开缝腔体内壁上抑制腔体谐振,解决了屏蔽腔体的高谐振问题,开辟了超材料的一个新的应用领域。     

微波段多吸收带超材料吸波体设计及仿真研究

基于开口电谐振环结构,设计了多吸收带超材料吸波体结构单元模型。模拟结果表明结构单元在5.205 GHz、10.628 GHz、17.559 GHz和24.896 GHz出现了4个吸收峰,吸收率最高为99.7%、最低为90%。当入射角度达到50度时,吸收率仍能保持在83%以上。在开口电谐振环级数增加的情况下,吸收峰的数目将会增加。这些优点使结构单元在频谱分析和多谱成像等领域表现出较大的潜力。     

具有曲折对称臂结构的三频单极子天线设计*

设计了一款可以工作与WLAN/WiMAX领域的、具有对称臂的三频单极子天线。天线由两个对称的折叠臂和不规则的接地板组成;其中,两个对称的折叠臂分别产生了2.4 GHz,3.5 GHz和5.8 GHz频段。使用不规则接地板可改善天线的阻抗匹配,天线通过SMA接头采用50欧的微带线进行馈电。天线在2.4 GHz处的带宽为7.5%(2.3~2.48 GHz),在3.5 GHz处的带宽为5%(3.41~3.58 GHz),在5.5 GHz处的带宽为6.5%(5.54~5.9 GHz),且天线在各个频段处有良好的全向辐射特性。最后,在仿真的基础上加工制作出实物并进行了测试,测试结果和仿真结果大致吻合,可以用到实际的无线通信中。     

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。     

(LiFe)xZn1-2xFe2O4铁氧体的吸波性能研究

采用固相烧结工艺,按不同配方分别制备了(LiFe)xZn1-2xFe2O4(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.45、0.5),用Agilent8510c矢量网络分析仪测试,在0.5～13GHz频段内材料的吸波性能.实验发现(LiFe)0.45Zn0.1Fe2O4有较强的吸波性能,然后再对(LiFe)0.45Zn0.1Fe2O4进行不同搀杂,并在0.5～18GHz频段内测试材料的吸波性能,发现掺入1wt%的Al2O3对增加-10dB带宽非常有效果.     

双层吸波蜂窝复合材料结构优化设计

为探究不同吸波特性材料之间的组合规律,以在更宽频段范围内达到最佳雷达波吸收效果,选用两种不同吸波剂浸渍的纸蜂窝结构型吸波材料板（分别命名为FW10和FW20）,以石英纤维板为外侧蒙皮,制备出一种具有较好雷达波吸收能力的复合板件,该板件可与常规壁板结合使用。采用时域有限差分法计算不同材料厚度组合下的材料雷达散射截面（RCS）值和反射率,并采用正交设计法对最优厚度组合进行进一步的探究,结果表明：复合结构的吸波效果与各层材料组合及其厚度分布有关,所得最优复合板件厚度组合方案从外向内依次为1 mm石英纤维板,15 mm FW10和15 mm FW20。最优方案复合板件在0~18 GHz频段范围内反射率低于-10 dB的吸收频段宽度为13.1 GHz,最大吸收峰可达-29.5 dB。最后进行实物测试,验证了仿真分析的有效性。     

金属-石墨烯光子晶体复合结构多带光吸收器设计中金属材料的选择

研究表明,具有金属-石墨烯光子晶体-金属结构的光吸收器可实现多带吸收。这种光吸收器是在由石墨烯和介质材料构成的石墨烯光子晶体两侧加载金属层构成。所加载的金属材料的光学特性对多带吸收特性具有很大的影响。采用金属介电常数的Drude-Lorentz色散模型和传输矩阵法,比较分析了七种金属材料在可见光波段对光吸收器多带吸收特性的影响。发现金属银适合做光吸收器入射空间一侧的金属层材料,而金属铝、银、金和铜适合做衬底层材料。进一步的计算发现,只使用银做加载金属材料可实现一致性好、制作容差大、吸收带宽窄的多带光吸收器。研究结果对实际多带光吸收器的设计提供了参考。     

A novel approach to design microwave medium of negative refractive index and simulation verification

In this paper, a novel approach is presented to synthesize microwave medium of negative refractive index by incorporating metallic wire array with negative effective permittivity into the host media such as ferrimagnet-YIG （yttrium iron garnet） applied by external magnetic field whose permeability is negarive. We have designed the composite medium having negative refractive index in C/X band frequencies, analyzed and simulated its electromagnetic （EM） properties by use of EM EDA package based on time-domain finite integration method. The simulation results show that： ① the effective permittivity of the designed metallic wire array is negative in the frequency range from 7.02 GHz to 9.80 GHz; ② the permeability of YIG substrate immersed into an external magnetic field is negative in the frequency range from 5.22 GHz to 8.14 GHz; ③ EM wave can pass through the composite medium synthesized by the above designed metallic wire array and YIG substrate, and ④ the negative refraction behavior occurs on the interface between the composite medium and the normal material with positive refractive index in 7.51-8.13 GHz frequency range, in which the effective permitUvity of the metallic wire array and the permeability of YIG substrate are negative simultaneously. The full wave simulation has demonstrated that the effective refractive index of the designed composite medium is indeed negative and ascertained that the proposed approach to design microwave medium with negative refractive index is viable.