【摘 要】
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超表面是由周期性排布的亚波长谐振单元组成的二维表面结构,具有超乎寻常的电磁特性。通过合理设计超表面单元的几何结构和材料参数,能够实现对入射电磁波的频率、振幅和相位的灵活调控,进而产生了许多新颖的功能器件,因此受到了人们的广泛关注。超表面吸波体是超表面功能器件的典型代表,能够在极薄的厚度内实现对电磁波近乎完美的吸收。以往金属结构的超表面吸波体都在同一位置提供电谐振和磁谐振,这就使达到完美吸收的尺寸参
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超表面是由周期性排布的亚波长谐振单元组成的二维表面结构,具有超乎寻常的电磁特性。通过合理设计超表面单元的几何结构和材料参数,能够实现对入射电磁波的频率、振幅和相位的灵活调控,进而产生了许多新颖的功能器件,因此受到了人们的广泛关注。超表面吸波体是超表面功能器件的典型代表,能够在极薄的厚度内实现对电磁波近乎完美的吸收。以往金属结构的超表面吸波体都在同一位置提供电谐振和磁谐振,这就使达到完美吸收的尺寸参数优化过程比较复杂。本文提出了电谐振器与磁谐振器分离的思想,基于简并临界耦合理论,通过合理地设计和优化谐振器的几何结构和组成材料的参数,在工作频率下不仅可以实现近乎完美的吸收,而且还具有偏振不敏感性和双面吸波性。由于采用分离谐振器的设计方法,使得对谐振频率及其吸收率的调控较传统方法有很大的优势。本论文首先对超表面吸波体的概念、研究进展及其应用进行了简要的介绍,然后分析了超表面吸波体的吸收机理,最后设计了两种不同类型的超表面吸波体:电磁谐振分离超表面吸波体和具有偏振不敏感特性的电磁谐振分离超表面吸波体,本论文的主要内容如下:（1）系统研究了损耗和尺寸参数对所设计的超表面吸波体中电谐振器及磁谐振器吸收性能的影响规律。结果表明:超表面吸波体中电谐振器及磁谐振器的吸收率随着损耗的增大呈现先增大后减小的现象,最大吸收率不会超过0.5;尺寸参数的变化会影响超表面吸波体中电谐振器和磁谐振器的谐振频率,对谐振频率处吸收率的影响微乎其微。（2）基于分离谐振思想和简并临界耦合理论设计出了一种超表面吸波体结构,全波电磁仿真结果表明该结构可以实现99.3%的吸收率。改变吸波体的结构大小,可以使吸收频率在7 GHz和13 GHz之间任意移动,具有非常好的可调谐性。若吸波体中的电介质材料在合适的损耗角正切时,该吸波体还具有双面吸波的功能。此外,对吸收机理进行了分析,结果表明超表面吸波体近乎完美的吸收源自电谐振和磁谐振时的能量损耗,能量损耗主要发生在电介质层。采用PCB（Printed Circuit Board）工艺制作了超表面吸波体结构样品,并且进行了测试,测试结果基本符合预期,与理论的偏差主要是由基板电介质材料的损耗较小造成的。（3）通过改变电谐振器和磁谐振器的单元结构、排布方式以及基板电介质材料的电磁参数,设计出一种具有偏振不敏感特性的分离谐振器超表面吸波体,数值计算结果表明该吸波体具有99.5%的吸收率,且吸收频率可以在7 GHz和11 GHz之间任意移动。若电介质材料选取合适的损耗角正切,还可实现双面吸波特性。
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