基于新型超材料吸波器的研究

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吸波器是一种重要的功能器件,它在智能隐身技术、太赫兹成像、探测器、调制器、电磁兼容等方面有着非常重要的应用。电子信息技术的快速发展,对吸波器的性能提出了更高的要求,超材料吸波器相比较于传统吸波器具有厚度薄、易加工、吸收率高等优点而受到人们广泛青睐。本文将超材料理论、吸波器设计和应用相结合,设计出高性能超材料吸波器件,主要内容如下:  (1)设计和研究了单频点和宽频带金属超材料吸波器。在单频点吸波器的基础上,设计了一种由三种尺寸接近的金属结构按照相邻不同规律排列构成的宽频带超材料吸波器,该宽带超材料吸波器大于90%的吸收带宽为1.03 THz,相比于单频点吸波器,带宽扩大了3倍,引入电场和电流分布研究了内部吸收机理并利用等效媒质理论分析该频段内能吸收电磁波的理论基础,同时该吸波器具有极化不敏感性和宽角度的特性。  (2)设计了一种基于石墨烯网格型超材料的太赫兹波吸波器。在2.97-3.74 THz的频率范围内,器件对电磁波吸收率达90%以上。通过观察不同频率下的电场和电流分布,对器件工作机理进行了解释。另一方面,器件的工作频率可以通过改变石墨烯的化学势进行动态调控。改变石墨烯化学势,器件的工作频率在2.60-4.55 THz的频率范围内调谐,相对调谐带宽为56%。此外,器件还具有极化不敏感性宽入射角的特性。  (3)提出了一种类花瓣型缝隙石墨烯层的太赫兹宽带吸波器。在1.45-3.03 THz频带范围内实现了良好的吸波性能,当化学势从0 eV变化到0.9 eV时,吸收峰吸收从10%连续变化到 99.99%。结合电场分布和电流分布分析了吸波器的工作原理。详细讨论了斜入射角,极化角以及结构参数对吸收率的影响。
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