[发明专利]一种吸波-透波一体化超材料

说明书

本发明公开了一种吸波‑透波一体化超材料，涉及新型人工电磁材料技术领域，超材料包括多个吸波超材料单元和多个频率选择表面单元，多个频率选择表面单元按周期P呈矩阵式排列分布，每个吸波超材料单元设置在对应的频率选择表面单元上；吸波超材料单元包括第一棱台和第二棱台，第一棱台和第二棱台均由多个第一介质层和多个第一金属层在垂直于频率选择表面单元的方向交替叠加构成；频率选择表面单元包括第二介质层和第二介质层上的第二金属层，第二金属层的每个边的中部金属区域均被刻蚀掉形成凹槽。本发明中吸波‑透波一体化超材料实现了对反射波和透射波的综合调控，有效地兼容了超材料的高效吸波与透波性能。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料技术领域，更具体的涉及一种吸波-透波一体化超材料。

背景技术

新型人工电磁材料，又称电磁超材料，由于具有亚波长的单元结构设计，使其对电磁波具有良好的调控特性，引起了学术界的广泛关注。将超材料结构单元按周期或非周期方式排布，可以有效地对反射波、透射波甚至是辐射场进行设计。这种调控方式，可以减少设计过程中对自然材料电磁属性的过度依赖，更易实现从微波波段到光频段的高效调控特性。

随着电磁超材料的不断发展和细分，调控电磁波的研究取得了一系列的成果和应用。一方面，如果不考虑透射波，可以在某一频点或宽频带范围内实现对反射电磁波的强度、极化、反射方向甚至是辐射远场的高效调控。与之相对应的超材料常被称为超材料吸波体，极化旋转超表面，相位梯度超表面和数字超材料。与此同时，通过合理设计具有高效传输特性的超材料，对透射波电磁波的空间滤波特性、极化旋转特性和透射方向等方面的调控，也被称为频率选择表面、透射型极化旋转超表面和透射型相位梯度超表面。

由于具有高效的电磁调控特性，超材料在隐身领域、探测领域、电磁兼容领域具有广泛的应用前景。然而，上述关于超材料调控电磁波的设计主要是单方面地调控反射波或透射波，并未实现对反射波和透射波的综合调控。

发明内容

本发明提供一种吸波-透波一体化超材料，借助两款具有不同性能超材料的级联设计，使所构成的超材料能够同时对反射和透射电磁波进行综合调控，进电而实现高效可设计的电磁调控目标，从而有效地解决了吸波超材料在宽吸波频带内实现任一频点处高效透波的吸波-透波一体化应用。

具体的，吸波-透波一体化超材料，包括多个吸波超材料单元和多个频率选择表面单元，多个频率选择表面单元按周期P呈矩阵式排列分布，每个吸波超材料单元设置在对应的频率选择表面单元上；

吸波超材料单元包括第一棱台和第二棱台，第二棱台设置在第一棱台的顶面上，第一棱台和第二棱台的中心位于同一直线上，第一棱台和第二棱台均由多个第一介质层和多个第一金属层在垂直于频率选择表面单元的方向交替叠加构成；

频率选择表面单元包括第二介质层和第二介质层上的第二金属层，第二金属层的每个边的中部金属区域均被刻蚀掉形成凹槽，任意相邻两个边的凹槽之间具有间隙，第一棱台的底面固定在第二金属层每个边的凹槽围成的金属区域上。

优选的，周期P的尺寸为19-22.5mm。

优选的，第一棱台和第二棱台均为正四棱台，第一棱台的底面边长为15mm，第一棱台的顶面边长为11.3mm，第一棱台的高度为4.4mm，第二棱台的底面边长为9.5mm，第二棱台的顶面边长为7.5mm，第二棱台的高度为4.4mm。

优选的，第一金属层和第二金属层均为正方形，第一金属层和第二金属层均由铜制成，第一金属层和第二金属层的厚度均为0.02mm。

优选的，第二介质层为正方形，第二介质层和第二金属层的边长均与周期P的尺寸相同。

优选的，第一介质层选用FR4板，第一介质层的厚底为0.2mm，介电常数为4.3(1-j0.025)。

优选的，第二介质层的厚底为0.6mm，介电常数为2.65(1-j0.001)。