微波频段吸波超材料的电磁传输特性及损耗机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackwang02
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吸波材料,亦称为隐身材料,通常指其对于微波波段的雷达波能够实现有效吸收。至今为止,传统吸波材料如铁氧体、钛酸钡、金属微粉等,均已得到广泛的研究,但厚度、质量等方面的局限性依然无法避免,因此人们将视野转向了新兴的吸波超材料(metamaterial absorbers),即通过亚波长的人工周期性单元结构使其具备原材料所不具备的特殊性能,进而实现对雷达波的完美吸收。本论文中对于吸波超材料的研究主要围绕“高强度、宽频带、可调谐”三项核心性能,并借助电磁仿真软件CST Microwave Studio讨论其中的电磁传输特性及吸波机理。(1)通过改变多层膜中石墨烯与羰基铁的互掺比例,构筑材料的阻抗渐变,实现材料与自由空间之间的阻抗匹配。首先运用流延法制备不同组分的多层薄膜,根据薄膜中石墨烯掺杂量的不同调整材料的电磁参数,计算其有效阻抗并按照渐变顺序进行排列,由上到下阻抗逐渐增大,对应于透波层到吸波层的功能变化。然后通过激光雕刻技术在薄膜表面刻出相应周期性结构,测试不同厚度及结构尺寸下的S参数即反射损耗,获得高强度的吸波性能,同时还给出了吸波频率随几何参数的变化规律。(2)利用上下双层周期性结构的谐振峰叠加实现超宽频的有效吸收性能。通常而言,在制备出吸波超材料后,由于其单元图案固定,相应的工作频点也就随之固定,而单一结构难以实现覆盖宽频带的有效吸收。在本文中,运用在芳纶蜂窝板中填充浆料的方式制备单层吸波超材料,然后通过上下层叠加的方式,将两种不同的周期性结构复合,两者的吸波频点不同而在叠加后并未因耦合效应减弱吸波强度,实验测试结果表面该吸波超材料整体能够在4.30-18 GHz实现有效吸收,与仿真计算结果一致。(3)研究了基于莫尔图案的可调谐吸波超材料,通过双层相对旋转角度的不同构建新的超晶格结构,实现对于吸波频点的有效调谐。单层的吸波超材料制备是通过印刷电路板(PCB)的方式,在FR-4的环氧树脂板基底上镀金属结构,对两层吸波超材料进行相对旋转,在不同旋转角度下运用基于矢量网络分析仪(VNA)的拱形架法和自由空间法进行吸波性能测试。仿真及实验结果均表明,在不同旋转角度下能够实现可调谐的吸波效果,这种调谐方式简便、新颖、可操作性强,能够为新型的可调谐吸波超材料提供基础和思路。
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