基于近零磁导率和人工表面等离激元的电磁吸波结构研究

论文摘要

人工电磁材料是指将人工设计远小于其工作波长的单元结构周期排布组合而成的人工复合结构性材料。这种材料可以通过人工设计实现自然材料所不具备的超常电磁特性。近年来,学者们基于人工电磁材料在电磁波传播特性调控领域开展了广泛的研究。其中,基于人工电磁材料电磁吸波结构的研究尤其成为其中热点。基于人工电磁材料设计的多种类型的电磁吸波结构不断涌现,相对于传统的吸波结构,基于人工电磁材料设计实现的吸波结构更加轻薄,吸波带宽和性能也具有很大的优势。本文主要基于人工电磁材料设计了两种吸波材料:首先,本文基于近零磁导率实现了在P波段的吸波频段可切换的电磁吸波结构的设计。目前基于人工电磁材料设计的吸波结构大部分工作在微波的较高频段,可对于工作在P波段的吸波结构的研究相对较少。基于近零磁导率可以在厚度超薄的情况下实现对电磁波有效的吸收,本文利用这一特性设计了一种双面覆有金属“回”形结构的介质单元结构,对0.69 GHz附近频段的电磁波的产生有效的吸收。随后又通过在金属“回”形结构上加载PIN管,控制PIN管的馈电电压,可以控制PIN管的通断,从而控制有效金属“回”形结构的长度,实现吸波峰在0.69 GHz和0.80 GHz的可切换。通过正交摆放单极化结构的方式,实现了双极化有效吸波的功能。本文还研究了拓宽基于近零磁导率设计的吸波结构的吸波带宽的方法,主要是将不同长度的金属“回”形结构进行复合,从而引入了多谐振,实现相近吸波峰的叠加,拓宽了结构的吸波带宽。仿真和实验均验证了通过不同长度金属“回”形结构的复合可实现吸波带宽的拓宽。其次,本文基于人工表面等离激元设计了三种宽带吸波材料。人工表面等离激元具有高束缚性,在截止频率可以激发出一种慢波模式,从而实现对入射电磁波的吸收。利用这一吸波原理,首先我们设计了一种十字矩形金属-介质叠合结构,通过与铁磁性材料相复合,在1-9.7 GHz的全波段实现了90%以上的吸波率。随后,本文设计了一种十字形覆有栅形渐变金属条介质结构。将大小不同的十字覆有栅形渐变金属条介质结构进行组合,实现了更为宽带的吸波,验证了基于人工表面等离激元设计的吸波材料可以通过将大小不同的单元结构相复合成新的单元结构,进一步拓宽吸波带宽。本文还探究了一种类金字塔形状的金属-介质叠合结构,不同大小的类金字塔形状的金属-介质叠合结构相复合组成单元结构,实现了在6-20 GHz 90%以上的吸波率。最后,本文在复合类金字塔单元结构的设计中,引入矩形环槽的设计,实现了吸透一体的功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 人工电磁材料综述
•   1.2 人工电磁吸波材料
•   1.3 人工表面等离激元概述
•     1.3.1 表面等离激元概述与应用
•     1.3.2 人工表面等离激元概述及其应用
•   1.4 本文的主要内容
•   参考文献
• 第二章 近零磁导率P波段可调吸波材料的设计
•   2.1 研究背景与应用
•   2.2 近零磁导率实现对电磁波吸收的机理
•   2.3 S参数反演电磁参数的方法概述
•   2.4 近零磁导率单极化P波段可调吸波材料的设计与实验
•     2.4.1 近零磁导率单极化P波段吸波材料设计
•     2.4.2 近零磁导率单极化P波段可调吸波材料的设计
•     2.4.3 近零磁导率单极化P波段可调吸波材料的实验
•   2.5 近零磁导率双极化P波段吸波材料的设计
•   2.6 近零磁导率P波段吸波材料吸收带宽的拓宽研究
•   2.7 本章小结
•   参考文献
• 第三章 人工表面等离激元宽带吸波材料的设计
•   3.1 研究背景与应用
•   3.2 人工表面等离激元吸波机理
•   3.3 基于人工表面等离激元设计的宽带吸波材料
•     3.3.1 十字矩形金属-介质叠合结构
•     3.3.2 十字形双面覆有梯形渐变金属条介质单元结构
•     3.3.3 类金字塔形状的金属-介质叠合结构
•     3.3.4 不同尺寸类金字塔形状金属-介质叠合结构的组合结构
•   3.4 基于人工表面等离激元设计的宽带吸波材料的实验验证
•   3.5 人工表面等离激元研究拓展
•   3.6 本章总结
•   参考文献
• 第四章 总结与展望
• 攻读硕士期间发表的文章
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄华

导师: 赵俊明

关键词: 人工电磁材料,近零磁导率,人工表面等离激元,可切换吸波结构,宽带吸波结构,吸透一体

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 南京大学

分类号: O441;TB34

总页数: 78

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