[发明专利]一种柔性太赫兹吸波体

说明书

本发明公开了一种柔性太赫兹吸波体，属于太赫兹技术领域。本发明提出开缝方环结合工字型吸波单元结构，产生两个可独立调谐的吸波频带；提出基于开缝方环结合工字型吸波单元的四单元子阵结构，四个不同比例因子的吸波单元组成子阵，基于该子阵的周期结构具备宽带吸波特性；本发明提出的宽带太赫兹吸波结构采用单层介质薄膜，薄膜单面刻蚀金属图案，兼具吸波带宽宽、吸波率高、吸波体厚度薄的优势；相比于现有单层介质基底吸波结构，吸波带宽大大拓展，实用范围更广；相比于基于多层介质的宽带吸波器，加工难度大大降低，采用常规工艺可以加工实现，成本低、厚度薄、易于与太赫兹器件共形使用。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种柔性太赫兹吸波体。

背景技术

太赫兹吸波材料在太赫兹雷达、太赫兹成像、高灵敏度太赫兹探测器中应用广泛。吸波材料主要分为四种：劈尖式泡棉吸波材料、固体硬塑吸波材料、磁性平面吸波材料、超表面吸波材料。市面可见的太赫兹吸波材料一般采用金属氧化物、聚氨酯泡沫、碳纤维等，利用材料本身的吸波特性及劈尖结构等实现对电磁波的高吸收率，但是在太赫兹频段存在制备困难、体积较大的问题，难以广泛应用。基于人工电磁超表面的新型吸波材料在毫米波太赫兹频段具有独特的优势，基于结构设计构造等效电磁参数，可以在特定频段实现对电磁波的高效率吸收，由于工艺简单、厚度很薄，电磁参数控制灵活，适合用于毫米波及太赫兹频段。相比于传统吸波材料，基于人工电磁材料的吸波体可以在设计频段有近乎完美的吸波特性，吸波效率很高，由于一般结构为金属-介质-金属的三明治结构，厚度相比于传统吸波材料大大降低，且有易于共形的特性。

现有基于人工电磁材料的超薄型吸波体一般仅有一个或者几个很窄的有效频点，带宽很窄，难以满足宽带吸波的要求。而另一方面，宽带型吸波材料一般采用叠层结构，采用多层金属和介质相间堆叠的方式扩展有效工作带宽，制备工艺复杂且厚度较厚难以共形。本发明在周期结构人工电磁材料的基础上，采用子阵嵌套结合双频谐振单元的方式实现宽带吸波，仅需采用单层柔性基底介质，厚度很薄，易于共形于不同曲面、且制备简单、成本低，兼备高吸波率。

人工电磁材料是采用周期结构实现一种等效的人工构造电磁参数，常采用金属-介质-金属的三明治结构，可以用于空间滤波、反射阵天线、平面透镜、吸波器等。基于人工电磁材料的吸波器具有很薄的厚度、制备简单、吸波效率高，可以弥补太赫兹频段吸波材料制备困难、吸波率有限、体积大的问题。基于人工材料的太赫兹吸波器研究已有多项报道，采用单层柔性基底材料如聚酰亚胺、PDMS等可以制备性能优良、易于共形的太赫兹吸波体，窄带单频、多频吸波体已见报道。宽带太赫兹吸波体主要采用宽带单元结构设计或采用叠层的方法实现，相关研究多数仍停留于仿真，实际加工仍存在很大困难。

图1为一种宽带太赫兹吸波材料，在单层二氧化硅基底上刻蚀周期排列金属图案，吸波单元为反对称开口谐振环，基于偶极子谐振结构产生两个非对称谐振点。两个谐振点中的高频谐振点随开口环的缝隙变化而产生偏移，通过将不同缝隙间距的吸波单元进行组合可以拓展工作带宽。通过优化结构，得到吸波率大于90％的工作带宽为约12％，相比于对称偶极子结构带宽增宽为3.4倍。

图2为一种超宽带太赫兹吸波材料设计，基于Fabry-Perot谐振结构叠层设计，三层金属图案在垂直方向平行排布，石墨烯作为导电金属图案，上方两层为周期圆形结构，下层为金属栅，多级叠层组成宽带谐振器，可以对垂直照射电磁波实现宽带吸收。该结构具有很宽的工作带宽，吸波率＞90％的工作带宽为131％。尽管吸波带宽很宽，但是由于石墨烯制备及多层结构加工具有很大挑战性，因此仅限于仿真分析，现阶段不具备可加工性。

图3为常用基于人工电磁材料的单层吸波体单元结构图，与多层吸波结构相比，单层吸波体的Q值较高，带宽较窄，一般仅能在一个窄带或者几个点频上实现良好吸波，但是单层结构制备简单、工艺较为成熟，在太赫兹频段具有较好的可实现性。以上几种结构为常规采用的基本单元形式，在基本单元结构上进行改进可以对吸波率、工作频率、工作带宽等性能进行提升，但是带宽难以有大的提升。