CN112134025B - 一种多频超材料吸波体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频超材料吸波体，所述吸波体从下到上依次包括金属薄膜层、损耗介质层和金属图案层；所述金属图案层包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构。本发明将金属图案层利用相互耦合的谐振单元(每个“7”字形齿为一个谐振单元，开口方环经开口分开的每个部分为一个谐振单元)实现了多个频点的入射波完美吸收，在大角度入射波下也有很高的吸收率，同时将金属图案层设置为包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构的形状，使其具有高度对称性，因此具有极化不敏感特性。

Description

一种多频超材料吸波体
技术领域
本发明涉及吸波材料技术领域，特别涉及一种多频超材料吸波体。
背景技术
超材料作为一种人工设计结构的复合材料，由于其独特的物理性质，如负折射材料、完美的透镜、隐形斗篷等，引起了科学界的高度重视。超材料吸波体作为超材料的一个重要应用领域，具有设计灵活、响应可调、厚度薄等优点。此外，超材料吸波体可以通过精心设计的结构实现超宽带和极窄带宽，广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、智能通信、光电探测等领域。近年来，研究人员在多频段超材料吸波体方向进行了大量研究，但目前多频段超材料吸波体存在的主要问题是在大角度入射波下的吸收率很低，因此大大限制了该类器件的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多频超材料吸波体，以提高吸波体在大角度入射波下的吸收率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多频超材料吸波体，所述吸波体从下到上依次包括金属薄膜层、损耗介质层和金属图案层；
所述金属图案层包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构。
可选的，所述开口方环的开口的数量为四个，四个所述开口分别以开口方环的四个边的中心点为中心。
可选的，所述吸波体的吸收频率通过调节开口方环的开口的大小进行调整。
可选的，所述齿形结构的中间部分为长方体；
多个“7”字形齿均匀分布在所述长方体的外部。
可选的，所述“7”字形齿包括长纵杆、横杆和短纵杆；
所述短纵杆的一端与所述横杆的一端垂直连接，所述横杆的另一端与所述长纵杆的一端垂直连接；
所述长纵杆的另一端与所述长方体连接。
可选的，所述“7”字形齿的数量为8个，相邻两个“7”字形齿的夹角为45°。
可选的，所述金属薄膜层和所述金属图案层的材料为金属铜。
可选的，所述损耗介质层的材料为光敏树脂材料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种多频超材料吸波体，所述吸波体从下到上依次包括金属薄膜层、损耗介质层和金属图案层；所述金属图案层包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构。本发明将金属图案层利用相互耦合的谐振单元(每个“7”字形齿为一个谐振单元，开口方环经开口分开的每个部分为一个谐振单元)实现了多个频点的入射波完美吸收，在大角度入射波下也有很高的吸收率，同时将金属图案层设置为包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构的形状，使其具有高度对称性，因此具有极化不敏感特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种多频超材料吸波体的结构示意图；
图2为本发明提供的一种多频超材料吸波体的结构的俯视图；
图3为本发明提供的一种多频超材料吸波体的结构的主视图；
图4为本发明提供的吸波体的垂直入射吸收率仿真结果图；
图5为本发明提供的吸波体在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图；
图6为本发明提供的吸波体在TE极化波的不同入射角情况下的吸收率仿真结果图；
图7为本发明的不同开口大小的吸波体的TE极化波的吸收率仿真结果图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种多频超材料吸波体，以提高吸波体在大角度入射波下的吸收率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明的吸波体包括自下而上依次设置的底层的金属薄膜层、中间的损耗介质层以及顶层的金属图案层。顶层的金属图案层由开了4口的方环以及8个经过旋转45°后的“7字”型结构组成。底层金属薄膜是全金属薄膜。具体实施过程中，相应的结构设置包括：
介质基板(损耗介质层)为边长为a、厚度为h的立方体结构，顶层的金属图案层和底层的金属薄膜层的厚度均为t。开口方环外边长为b,环宽为w1，开口间距(开口大小)为b1。“7”字型齿高h1，上面部分(横杆)边长为L，左侧部分(短纵杆)高h2，环宽为w2，且各个位置的环宽均相等。8个“7”字型齿中间部分由边长为w的长方体填充，相邻七字结构的旋转角度为45°。
在具体的应用中设置：
a＝22mm，h＝1mm，t＝0.02mm，b＝20mm，w1＝1.5mm，b1＝3mm，h1＝7mm，L＝3.7mm，h2＝2.2mm，w2＝1mm，w＝3mm，θ＝45°。介质层材料采用的是光敏树脂材料，介电常数为2.9，损耗正切为0.02。
图4为通过仿真软件得到的吸波体的垂直入射吸收率仿真结果图。从图4可知本发明对垂直入射吸收率也很高。
图5为通过仿真软件得到的吸波体在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图。不同极化角下的吸波率曲线图一致，因此该吸波体具有极化不敏感特性。
图6为通过仿真软件得到的在TE极化波的不同斜入射角情况下的吸收率仿真结果图。当入射角达到45°，吸收率高于0.9。当入射角达到60°，吸收率也高于0.8。因此，在大角度斜入射的情况下，该吸波体具有良好的吸收性能。
图7为通过仿真软件得到的不同开口间距下的吸收率仿真结果图。随着开口间距的增加，第二和第三吸收峰右移。
本发明的吸波体为一种工作于C-K波段的多频超材料吸波体，利用相互耦合的谐振单元实现了多个频点的入射波完美吸收。相比传统的多频超材料吸波体，本发明的结构厚度更薄，体积更小，且易于加工。通过改变开口方环的开口间距，可以改变吸波体的吸收频率。在大角度入射波下也有很高的吸收率，同时具有对入射波的极化不敏感特性。
与已有技术相比，本发明具有以下的优点：
1.本发明的多频超材料吸波体对于垂直入射的电磁波，3个工作频点处的吸收率均达到98％以上。
2.本发明的多频超材料吸波体具有高度对称性，因此具有极化不敏感特性。
3.本发明的多频超材料吸波体通过改变开口方环的开口间距，可以改变其吸收峰的位置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种多频超材料吸波体，其特征在于，所述吸波体从下到上依次包括金属薄膜层、损耗介质层和金属图案层；
所述金属图案层包括带有开口的开口方环和位于所述开口方环内部的带有多个“7”字形齿的齿形结构；
所述开口方环的开口的数量为四个，四个所述开口分别以开口方环的四个边的中心点为中心；
所述齿形结构的中间部分为长方体；
多个“7”字形齿均匀分布在所述长方体的外部；
所述“7”字形齿包括长纵杆、横杆和短纵杆；
所述短纵杆的一端与所述横杆的一端垂直连接，所述横杆的另一端与所述长纵杆的一端垂直连接；
所述长纵杆的另一端与所述长方体连接；
所述“7”字形齿的数量为8个，相邻两个“7”字形齿的夹角为45°。
2.根据权利要求1所述的多频超材料吸波体，其特征在于，所述吸波体的吸收频率通过调节开口方环的开口的大小进行调整。
3.根据权利要求1所述的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属薄膜层和所述金属图案层的材料为金属铜。
4.根据权利要求1所述的多频超材料吸波体，其特征在于，所述损耗介质层的材料为光敏树脂材料。
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