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基于Metamaterials薄型吸波结构的研究

作　者: 姚博锋
导　师: 李龙
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 超材料 吸波结构 光子晶体 Salisbury屏 高阻表面
分类号: TM25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着现代科学技术的发展,吸波材料在军事以及民用领域的应用显得越来越重要。吸波材料是一种能够有效吸收电磁波而反射、散射和透射都很小的功能材料。对易受到电磁污染的各高危行业如广电、IT、电力、电信、民航、医疗等,吸波材料的应用十分广阔和必要。它的发展趋势是厚度薄、重量轻、吸收频带宽。本论文研究了电磁波与吸波材料相互作用的机理,针对经典的吸收体Salisbury屏要求1/4波长的厚度和频带窄的特点,基于超材料(Metamaterials)设计了两类超薄而且具有一定吸收带宽和吸收率的微波吸收结构。设计超材料的单元形式构建新型的高阻表面,并在高阻表面上方直接覆盖一层普通的电损耗材料就可以制备出超薄电磁吸收材料。平面型金属—电介质EBG(Electromagnetic Band-gap)结构就是一种实现高阻表面的很好方式。基于这种思想,本论文给出一种以耶路撒冷十字缝隙(Jerusalem Cross Slot,JCS)为EBG单元结构的高阻抗表面,并在这种单元结构间加载合适值的贴片电阻作为损耗层,有效调节等效输入阻抗与自由空间的波阻抗相匹配。研究结果表明,该平面薄型吸波结构的谐振频率由JCS决定,其吸收峰的位置与反射相位零点吻合,呈现高阻抗表面特性。本文详细研究了耶路撒冷十字缝隙的结构参数以及加载电阻对吸波效果的影响,为可能的实际应用提供理论设计指导。最后,实际加工了该吸波结构的样品,并采用简单有效的波导法仿真和实验测量,验证了设计的准确性和有效性。本文研究了由对称分裂环SSR(Symmetric Split Ring)与短导线(Wire)组合成的超材料吸波结构的吸波机理。该结构具有优良的吸波率,且不需要外加损耗电阻。利用不同吸波结构吸波频段的叠加效应来实现吸波频带的拓宽,设计出了由中间短杆宽度不同的两个方形SSR与短导线组合成的吸波结构,成功地展宽了带宽。同时,设计了由两个分离的非对称的单环SSR与两个分离的短导线组合成的新型吸波结构,实现了多带NSSR-Wire吸波结构的设计。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 微波吸收剂材料种类  9-11
  1.3 电磁吸波结构  11-13
    1.3.1 谐振式吸波结构  11-12
    1.3.2 多层电介质吸收体  12
    1.3.3 电路模拟吸波材料  12-13
  1.4 微波光子晶体理论  13-16
    1.4.1 起源  13
    1.4.2 微波光子晶体的带隙形成机理  13
    1.4.3 光子晶体应用的几种形式  13-16
  1.5 本文的主要工作及创新之处  16-18
第二章 微波吸波的基本理论  18-26
  2.1 吸波材料吸收机理  18-19
  2.2 基于SALISBURY 屏的EBG 结构电磁材料  19-26
    2.2.1 单层Salisbury 屏理论分析  19-22
    2.2.2 EBG 高阻抗表面实现超薄Salisbury 屏  22-26
第三章 JERUSALEM 十字缝隙型吸波结构的分析与设计  26-44
  3.1 仿真方法  26-27
  3.2 JERUSALEM 十字缝隙型吸波结构的设计  27-28
  3.3 结构参数分析  28-37
  3.4 加载电阻R 的影响  37-39
  3.5 平面波斜入射  39-40
  3.6 波导法仿真与实验验证  40-42
  3.7 结论  42-44
第四章 基于超材料吸波体的吸波特性研究  44-66
  4.1 超材料吸波体的吸波机理分析  44-53
    4.1.1 引言  44
    4.1.2 SSR-Wire 超材料结构模型  44-52
    4.1.3 小结  52-53
  4.2 宽频带的SSR-WIRE吸波结构研究  53-57
    4.2.1 模型设计  53-54
    4.2.2 参数优化研究  54-56
    4.2.3 小结  56-57
  4.3 新型多带NSSR-WIRE吸波结构研究  57-65
    4.3.1 单环吸波结构的研究  57-61
    4.3.2 新型多带NSSR-Wire 吸波结构的设计与研究  61-63
    4.3.3 小结  63-65
  4.4 结论  65-66
第五章 总结与展望  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-74
研究成果  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 微波吸收材料
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