可共形透明寬帶超材料吸波體設計與分析

王蒙軍 ,戶天宇 ,雷曉勇 ,吳 迪 ,孔丹丹

(1.河北工業大學 電子信息工程學院,天津 300401;2.電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室,天津 300401)

超材料是一種由亞波長諧振單元組成的人工復合材料,因其具有超常規性質在光學、材料學、電磁學等領域受到人們廣泛關注。相較于傳統吸波體,基于超材料的吸波體具有厚度薄、吸收率高、調節方便等優點,并廣泛應用于傳感[1]、雷達成像[2]、天線系統[3]等領域。

2008 年,Landy 等[4]首次提出了超材料吸波體的概念,其結構由金屬開口諧振環和微帶線置于介質板的兩側組成,通過合理優化結構單元使表面阻抗與自由空間阻抗相匹配,實現了單頻點完美吸收。然而,早先的超材料吸波體帶寬較窄,限制了其應用范圍,為了拓展帶寬,研究人員做了大量工作。2013 年Yang等[5]通過堆疊多個不同尺寸的金屬共振結構,提出了一款擴大帶寬的超材料吸波體,在4.79～5.04 GHz 頻率范圍內吸收率高達90%。2015 年,漢陽大學Kim等[6]設計了一款偏振無關的雙寬帶超材料吸波體,周期性陣列由金屬-電介質多層截錐組成,結果表明在3.93～6.05 GHz 和11.64～14.55 GHz 兩個帶寬范圍內,吸收率均在90%以上。隨著技術的發展,2016 年西安電子科技大學Shi 等[7]通過加載集總電阻設計了一種超材料吸波體,在6～16.2 GHz 實現了超寬帶吸收,當入射角小于45°時,該吸波體的吸收率大于80%,由于采用了對稱的結構單元,該結構具有寬入射角和偏振不敏感的特性。2019 年,Bagmanc 等[8]提出了一款超材料吸波體,其結構由三層金屬層和四個集總電阻組成,金屬層由兩個介質層隔開,集總電阻加載在頂部金屬層,在4～16 GHz 實現了寬帶吸收效果。……