[发明专利]一种基于多种介质材料的可调谐超材料吸波器

说明书

本发明公开一种基于多种介质材料的可调谐超材料吸波器，其结构包括底层金属反射板，以及金属板上方的多层结构，所述多层结构包括三层介质基板以及每层介质基板上方的谐振单元，第一层和第三层介质基板上方是涂覆有高阻表面的谐振单元，第二层介质基板上方是固态等离子体谐振单元。固态等离子体谐振单元有两种工作状态，激励状态和未激励状态。该吸波器对于TE极化波和TM极化波都有很好的吸收效果，通过在第一层和第三层介质基板上方的谐振单元涂覆高阻表面，可以实现吸波器的超宽带吸收，并通过编程方式控制固态等离子体构成的谐振单元的激励区域能实现对不同谐振单元的激励，从而实现吸波器的可调谐吸收。

技术领域

本发明涉及一种吸波器，具体的说是一种基于多种介质材料的可调谐超材料吸波器，属于无线电通信、微波器件领域。

背景技术

近年来，新型电磁超材料的发展在科学领域引起了极大的兴趣。新型电磁超材料是由周期性尺寸远小于工作波长(亚波长)的人工单元结构组成的，利用等效媒质理论可以很好地分析其诸多奇特的物理特性，例如，负折射率现象、零折射率现象、逆多普勒现象等等，其中有许多现象是自然界中材料目前无法实现的。新型电磁超材料这些独特的电磁特性使其在改善天线性能上有着巨大的应用潜力和发展空间，并广泛应用于传统微波器件、纳米天线、各类传感器和光学器件中。

近几年快速发展起来的一种新型结构型吸波材料即超材料吸波器，可通过设计谐振器微结构的几何尺寸、排列组合和组成材料使得超材料的等效介电常数和等效磁导率在某一频段内近似相同，从而使超材料的波阻抗与自由空间完美匹配，达到完美吸波效果。相比于传统吸波器，电磁超材料吸波器的质量轻、厚度薄、吸收能力强，并且其吸收带可调、材料的电磁参数可设计，在探测、成像和电磁隐身等领域拥有非常广阔的应用前景，然而，传统意义上的超材料吸波器很难得到可调谐的宽带吸收频谱。等离子体超材料作为一种新型的电磁超材料，一般由等离子体介质周期结构构成，其由于等离子体本身的优良特性，可以人为的改变等离子体的激励状态，以及通过改变等离子体的频率使等离子体本身的电导率增加，呈现出类似金属的特性。将等离子体超材料应用于吸波器的设计，通过调节等离子体的频率或激励不同谐振区域来改变其物理特性，从而可以得到可调谐的吸收频谱，设计出具有新颖特性的超材料吸波器。

本发明中采用高阻表面实现吸波器的超宽带吸收，并且采用固态等离子体来代替金属进行工作，实现吸波器的可调谐吸收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多种介质材料的可调谐超材料吸波器，通过在介质基板上的部分谐振单元表面涂覆高阻表面，从而实现吸波器的超宽带吸收，并在介质基板的上表面设有固态等离子体谐振单元，通过可编程的逻辑阵列来控制固态等离子体的激励区域的激励状态，以此来实现吸波器的可调谐吸收。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于多种介质材料的可调谐超材料吸波器，包括置于底部的反射板，所述反射板上方设有多层结构；所述多层结构包括至少一层介质基板，所述介质基板上方设有谐振单元；所述多层结构包括三层介质基板及各介质基板上方的谐振单元，第一层和第三层谐振单元是涂覆有高阻表面的谐振单元，第二层谐振单元是固态等离子体谐振单元；所述固态等离子体谐振单元通过连接等离子体激励源进行激励，每个等离子体激励源的通断通过编程控制逻辑阵列进行控制。

作为本发明的进一步技术方案，第一层谐振单元为中心具有方形开槽的圆形谐振单元；第二层谐振单元包括内外两层，外层由四个梭形谐振单元首尾相连构成一个圆形结构，内层为十字形谐振单元；第三层谐振单元由一个圆环谐振单元和环中心的圆形谐振单元构成。

进一步的，所述第一层谐振单元，由半径为12mm的圆形贴片截去边长为3mm的正方形贴片得到；所述第三层谐振单元，圆环谐振单元内径为12mm，外径为15mm，环中心的圆形谐振单元半径为6mm。