[发明专利]一种宽带极化不敏感的超材料吸波体

说明书

技术领域

本发明属于微波天线工程技术领域。

背景技术

吸收体，又称吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。传统的吸波体，诸如尖劈形材料、磁性吸收剂和Salisbury吸收屏等存在密度大，使用温度低或厚度较大等缺陷。

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。以左手材料，光子晶体，频率选择表面为代表的超材料，在光学成像，小型化天线，电磁波隐形等领域有广泛的应用前景。而超材料吸波体由于其“薄、轻、强、带宽可调”等优势更是成为了当今吸波体研究的热点内容。

2008年Landy等人研制出一种超材料吸收体，对于入射到其表面的电磁波既不反射也不透射，达到电磁波完全吸收的科学标准。但Landy提出的超材料吸波体存在以下两个方面的问题：

1、要求入射电磁波的电场的方向与谐振器铜线方向保持平行，以激励磁谐振。当电场方向与铜线垂直时，几乎不具有吸波性，即对入射电磁波极化方向敏感；

2、仅能在极窄的频带上实现对入射电磁波的完美吸收。

因此其应用价值受到了极大的限制。

发明内容

本发明是为了解决传统超材料吸波体工作带宽窄，并且对入射电场波极化方向敏感的问题，现提供一种宽带极化不敏感的超材料吸波体。

一种宽带极化不敏感的超材料吸波体，该吸波体为周期性结构，一个单元的吸波体包括：谐振结构、介质板和铜箔；

所述谐振结构包括：开口谐振环和金属片；

所述开口谐振环和金属片均为矩形，开口谐振环的开口位于矩形环一边的中间位置，开口宽度在0.1mm至3.6mm之间；

金属片位于开口谐振环的环内，金属片的边与开口谐振环的边平行，金属片与开口谐振环之间的间隙在0.8mm至1.2mm之间；

谐振结构固定在介质板的一面，铜箔覆盖在介质板的另一面。

本发明所述的一种宽带极化不敏感的超材料吸波体，它包括：顶层谐振结构、中层介质板和底层铜箔，顶层谐振结构包括开口谐振环和位于环内的金属片；当电磁波入射到吸波体上时，谐振结构在该电磁波的波频下进行谐振，同时谐振结构周围产生磁场环路，该磁场环路使金属片和介质板上产生电流，从而使介质板产生介电损耗，同时金属片上也会产生欧姆损耗，电磁波的电磁能通过损耗转化为热能，从而实现对入射电磁波的损耗吸收，使吸波体对于不同极化方向的入射波均具有吸收作用，进而解决了吸波体对入射波极化方向敏感的问题。

本发明所述的一种宽带极化不敏感的超材料吸波体在9.40GHz至18.60GHz的频率范围内，吸波体对水平极化波和垂直极化波的吸收率均达到60%以上，并在17.8GHz时达到吸收峰值99.999%。吸波体的工作带宽达到9.20GHz，相对带宽为65.71%，实现了宽带指标。

另外，本发明所述的一种宽带极化不敏感的超材料吸波体是一种周期性结构，能够使用多个单元的吸波体排列在一起进行工作，通过改变单元个数，进而能够改变吸波体的工作频带。同时，本发明成本低廉，利用普通的PCB印刷技术便能够进行加工，适合大批量低成本生产。本发明所述的一种宽带极化不敏感的超材料吸波体，适用于屏蔽电磁干扰和隐身技术等领域。

附图说明

图1为一种宽带极化不敏感的超材料吸波体九个单元的结构示意图；

图2为一个单元的宽带极化不敏感的超材料吸波体的结构示意图；

图3为图2的仰视图；

图4为一个单元的宽带极化不敏感的超材料吸波体的立体结构示意图；

图5为入射水平极化波时S参数曲线图，其中实线表示第一S参数曲线，虚线表示第二S参数曲线；

图6为入射垂直极化波时S参数曲线图，其中实线表示第一S参数曲线，虚线表示第二S参数曲线；

图7为入射水平极化波时吸波体的吸收率曲线图；

图8为入射垂直极化波时吸波体的吸收率曲线图；

图9为10.20GHz时谐振结构表面的电流分布图；

图10为13.68GHz时谐振结构表面的电流分布图；

图11为17.80GHz时谐振结构表面的电流分布图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图2、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种宽带极化不敏感的超材料吸波体，该吸波体为周期性结构，一个单元的吸波体包括：谐振结构、介质板3和铜箔4；