太赫兹全金属超构表面的极化无关准BICs研究

提出一种具有高Q值的太赫兹全金属超构表面。该超构表面由4个菱形孔组成,改变相邻菱形孔的尺寸,可以打破结构的对称性,产生准连续域束缚态(BICs);改变入射波的极化角度,激发的准BICs频率保持不变,超构表面具有极化不相关特性。优化结构参数,仿真结果表明,当尺寸偏差为3μm时,产生的准BICs实现了小于1 GHz的超窄带宽,对应Q值大于1300。实验测试结果显示,加工的样品(偏差30μm)测试Q值为40。相比于圆孔结构,菱形孔结构由于尖锐的转角可以实现较强的束缚场。本文提出的具有极化无关准BICs的超构表面在实时化学和生物分子传感中具有巨大的实际应用潜力。

一种基于超材料的极化无关超宽带吸波器

提出了一种新的基于氮化钽金属膜和多孔泡沫介质的具有超宽带吸收特性的超材料吸波器.吸收率大于80%的频段为15.5~47.2GHz（在18.3GHz,达到最大吸收率99.89%）,相对带宽约为101%,完全覆盖了K波段、Ka波段,部分覆盖了U波段.对于斜入射的横电波、横磁波具有较宽角度的吸波性能.由于吸波单元的金属图案设计为5个同心圆环结构,具有全向旋转对称性,因而是极化无关的.该吸波器结构简单.容易制作,在电磁隐身、电磁兼容等领域具有重要应用价值.

基于VO_2的温控可调谐极化无关超材料吸波体设计

基于二氧化钒（VO2）薄膜的绝缘-金属相变特性,提出了一种温控可调谐的极化无关超材料吸波体,研究了单环、双环和三环结构超材料吸波体对电磁波的吸收特性和温控可调谐特性。当电磁波垂直入射时,单环、双环和三环结构超材料吸波体在2-20 GHz范围内分别出现了1个、2个和3个吸收峰,随着结构单元环数增加,吸收峰逐步增加;由于超材料吸波体是二维全向对称的,故其吸收特性是电磁波极化无关的;当温度从40℃至80℃变化时,吸收特性发生明显的变化,实现了极化无关超材料吸波体的可调谐效果。

太赫兹波段双宽带极化无关超材料吸波体的设计研究

设计了一种太赫兹波段的雪花状双宽带极化无关超材料吸波体。采用时域有限元积分的方法对结构单元的电磁特性进行计算,结果表明结构单元在0.9~1.2 THz之间出现了两个吸收带,吸收率90%以上的频带分别是0.9642~1.002 THz和1.096~1.1316 THz,带宽分别为37.8 GHz和35.6 GHz;通过对其表面电流分布进行分析,发现其双宽带吸收特性是由不同的谐振频率叠加产生的;通过对结构单元在不同级对称性破缺下的吸收特性进行计算分析,发现结构单元的双宽带吸收特性对对称性破缺不敏感。

一种极化无关的多频带超材料吸波体的仿真与实验研究

设计了一种基于C型组合谐振结构的多频带超材料吸波体,通过CST微波工作室进行仿真分析,采用弓形法对超材料样品的反射率进行实验验证。仿真结果表明,该吸波体在3.28GHz、3.89GHz、6.61GHz、9.76GHz、11.43GHz实现了近完美吸收,吸收强度分别为99.67%、99.85%、98.10%、99.99%、99.25%,实测结果和仿真结果基本一致。通过表面电流分布、等效电路图以及理想阻抗匹配理论分析了该吸波体作用的物理机理。该超材料吸波体有极化无关的特性。

极化无关双向吸收超材料吸波体的仿真与实验验证

设计并制作出极化无关双向吸收超材料吸波体.仿真结果表明,该吸波体对斜入射横电极化和横磁极化电磁波具有较好的吸收效果,其强损耗主要来自介质基板的介电损耗.实验测试结果表明,该吸波体在11.1GHz对垂直入射电磁波实现双向强吸收,吸收率分别为95.9%和90.8%.该吸波体厚度较薄,工作波长约为1/34.该超材料吸波体具有吸收率高、厚度薄、设计简单、易于加工等优点.

基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体

仿真并实验验证了基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体,该吸波体可以实现低频透射和高频吸收.实验测试结果表明,该吸波体在6.77GHz吸收率峰值为83.6%,半功率带宽为4.3%,实现窄带强吸收.为进一步拓展该谐振型超材料吸波体的吸收带宽,利用其低频透射特性,将两个工作于不同频段的吸波体叠加在一起,测试结果表明,复合后超材料吸波体的半功率带宽可以增大到10.9%,吸收率也略有增强.该超材料吸波体设计简单,具有较强的实用性和应用前景.

基于超材料等效介质理论的带通频率选择表面设计及验证

提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法,该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负,产生传输禁带,在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构,可得到一维带通频率选择表面,理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法,将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构,实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面,最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题,拓展了频率选择表面的设计思路,对于THz频段频率选择表面的设计,及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.

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。

柔性双频段频率选择表面膜的模块化设计

本文设计了一种柔性双频段极化无关的频率选择表面膜,应用在玻璃表面形成频率选择性玻璃,用来屏蔽常见的Wi-Fi等在公共且免费使用的微波频段的信号。所设计的结构工作频率分别为2.45GHz和5.5GHz。在工作频点处对电磁波的吸收能达到40dB。能够有效的阻止太空发电站的微波能量传输信号和室内Wi-Fi信号的相互干扰问题。另外,分析了结构的几何参数和入射角度对结构吸波特性的影响,在入射角达到度45°时,仍具有良好的屏蔽效果,说明这种柔性膜可以应用在非平面的场合下。并用等效电路模型对结构进行分析,详细的介绍了等效电路元件参数的计算过程,之后用电子辅助设计软件进行电路仿真,电路仿真的结果和全波电磁仿真软件仿真结果一致。所设计的结构改善了之前频率选择表面一体化设计,透光率差和制造成本高的问题。透光率达到91%。此外所设计的结构是一种具有柔性的模块化薄膜结构,现实中安装实现起来更加的方便。

柔性超薄吸透一体化电磁窗结构设计

提出一种柔性超薄吸透一体化电磁窗结构的设计方法,其能够在宽入射角范围内吸收任意极化的电磁波,并且在特定频段内具有几乎透明的透射窗口。测试结果表明,该结构在4.46 GHz时吸收率为93%,在2.86 GHz时透射率为98%,对应的插入损耗为0.09 dB。样品的整体厚度为0.288 mm,超薄的厚度使得该结构柔性可弯曲,易与曲面目标共形。在此基础上,提出宽带吸透一体化电磁窗结构的设计方法,仿真结果表明,在7.7~12.2 GHz吸收率都能达到90%,在4.35 GHz时透射率为90%,且具有宽入射角特性。