CN112582802A - 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器 - Google Patents

一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器 Download PDF

Info

Publication number
CN112582802A
CN112582802A CN202011084121.0A CN202011084121A CN112582802A CN 112582802 A CN112582802 A CN 112582802A CN 202011084121 A CN202011084121 A CN 202011084121A CN 112582802 A CN112582802 A CN 112582802A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metamaterial
wave absorber
printing
wave
full
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202011084121.0A
Other languages
English (en)
Inventor
肖丙刚
刘金荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Jiliang University
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN202011084121.0A priority Critical patent/CN112582802A/zh
Publication of CN112582802A publication Critical patent/CN112582802A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的全介质超材料段频段完美吸收阵列，属于人工电磁超材料吸波领域。一种基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，阵列的单元结构由三个正交并且相差60度的“工”型介质结构组成，使用ABS作为该超材料吸波阵列的介电材料，底部使用PEC材料阻挡电磁波，使得电磁波只有反射没有透射。该吸波器重量轻、体积小、成本低、易制备。在8GHZ‑18GHZ实现10个低于‑10dB(行业标准)的吸收峰，最强达到‑25dB。此外，由于该结构具有旋转对称性，吸波器对极化不敏感。

Description

一种基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器
技术领域
本发明涉及基于3D打印的超材料多频带吸波阵列的设计方法，属于人工电磁超材料吸波领域，涉及一种基于全介质材料MIE共振的吸波现象，在实际应用中具有在X波段和Ku波段中(8GHz-18GHz)多个频段点吸收电磁波的能力。
背景技术
随着科技的发展和电磁波的广泛应用，各种电磁设备的使用会带来许多电磁辐射和干扰的问题，因此无论是武器产品还是民用设备都对电磁波吸收材料的需求越来越大。而传统完美吸波器通常为金属表面、介质中间层和底部反射底板这种“三明治”结构，这使得吸波器重量大、体积小，人们为了获得更完美的吸波效果和多频带的吸波能力，顶层金属不得不设计越来越精密，越来越复杂，这无疑更加增加了设计制备的难度和成本。而且金属易破碎热传导性高欧姆损耗高，在使用过程中往往伴随着损耗和升温，对环境的适应能力较差。
发明内容
针对以上人工电磁超材料吸波领域出现的问题，本发明的目的是提供一种基于3D打印超材料的重量轻、体积小、易制备、吸波能力强的多频带吸波阵列来有效改善这些问题。
本发明的实施例是这样实行的：
一种基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，阵列的单元结构由三个正交并且相差60度的“工”型介质结构组成，使用ABS作为该超材料吸波阵列的介电材料，底部使用PEC使得电磁波只有反射没有透射。ABS是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，具有良好的性能和低廉的价格，是3D打印常用原材料之一。该材料的介电常数为2.7，损耗为0.01。图1(a)(b)为该频率选择器单元的设计，其中底座的尺寸L＝30mm，高度H＝30mm，壁厚度m＝2.2mm。
通过超材料单元尺寸结构形状的改变，不同的结构可以激发不同的谐振模式，在亚波长条件下，在某些谐振点，可以发生介电常数和磁导率的双负特性，而双负材料很难在自由空间阻抗匹配，因此实现带阻。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、结合3D打印技术，使用最常见的3D打印原材料ABS进行设计，重量轻、体积小、成本低、易制备。
2、在8GHZ-18GHZ实现10个低于-10dB(行业标准)的吸收峰，最强达到-25dB。
3、该材料采用中心对称设计，对极化不敏感。
附图说明
图1(a)为超材料单元结构的结构图与俯视图；图1(b)为该超材料的反射频谱。
图2(a)表示本发明中超材料吸波器在频率f1＝8.732GHz处磁场分布；图2(b)表示本发明中超材料吸波器在频率f2＝11.739GHz处磁场分布；图2(c)表示本发明中超材料吸波器在频率f3＝17.989GHz处磁场分布。
图3(a)表示本发明中超材料吸波器在频率f1＝8.732GHz处功率损耗密度分布；图3(b) 表示本发明中超材料吸波器在频率f2＝11.739GHz处功率损耗密度分布；图3(c)表示本发明中超材料吸波器在频率f3＝17.989GHz处功率损耗密度分布。
图4表示本发明的实际产品图；
具体实施方式
为使本发明实施的方法、目的及技术方案更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案，性能指标进行更加详细的描述。
图1(a)(b)为该频率选择器单元的设计。采用基于商业有限积分技术(FIT)的软件对所提出的全介电结构的电磁性能进行了仿真研究。在基础的x和y方向上应用了周期边界条件，在z方向上应用了开放边界。激发源被选择为入射到-Z方向上传播的平面波。此外，由于该结构具有旋转对称性，吸收器可以在极化条件下工作。
由于背部的PEC材料对电磁波的阻挡，该吸波器没有透射(S21)，因此由公式 A(ω)＝1-R(ω)＝1-|S11 2|(其中R(ω)为反射率，S11为反射系数)可知，该吸波器的吸收性能可用反射系数S11来进行标示。而对于每一个吸收峰来说，当S11小于-10dB时，吸收率为 90％。如图2，在8-18GHz频率下，该频率选择器分别在8.733GHz、9.113GHz、10.058GHz、 11.437GHz、13.739GHz和15.607GHz、16.335GHz、16.932GHz、17.975GHz频率下出现了10 个低于10dB的吸收峰。
为了了解吸收的物理机制，我们计算了f1＝8.732GHz,f2＝11.739GHz,f3＝17.989GHz三个选定的峰的电磁场分布。从图2(a)可以看出，在f1处，电场电介质结构的上部和中部区域增强。从图2(b)可以看出，在f2处，电场在介质结构的中部区域增强，从图2(c)可以看出，在f3处，电场在左右区域增强。这种现象可用驻波理论来解释。当在同一条直线上沿相反方向运动的两个振幅相同的波相互叠加时，就产生了定常波。
功率损耗密度(PLD)分布(图3)给出了结构内部吸收情况的更详细说明。PLD主要集中在图3(a)处介质结构的上部和中部。在f2处，PLD沿介质结构的4个区域分布(图3(b))。f3的介电结构在单元连接处有较强的增强点(图3(c))。增强的电场和PLD分布证实了功率损耗主要是由电谐振引起的。在均匀的低介电常数介质板中引入强电共振或强磁共振是困难的。然而，该设计单元的形成了介质-空气界面，在那里更容易发生谐振现象。

Claims (6)

1.一种基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，使用PEC材料作为结构基底，顶部由一层ABS材料组成的全介质层。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，其特征在于：其阵列单元结构的全介质层由三个正交并且相差60度的“工”型介质结构组成。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，其特征在于：其底部PEC层厚度为2mm。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，其特征在于：其阵列单元结构的全介质层厚度为30mm。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，其特征在于：其“工”字型，长臂长度为30mm,厚度为2.2mm。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印的全介质超材料多频段完美吸波器，其特征在于：其“工”字型，短臂长度为4.4mm,厚度为2.2mm。
CN202011084121.0A 2020-10-12 2020-10-12 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器 Withdrawn CN112582802A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011084121.0A CN112582802A (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011084121.0A CN112582802A (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112582802A true CN112582802A (zh) 2021-03-30

Family

ID=75119734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011084121.0A Withdrawn CN112582802A (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112582802A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224547A (zh) * 2021-04-22 2021-08-06 电子科技大学 一种镂空科赫雪花分型结构超宽带太赫兹吸波器
CN113394572A (zh) * 2021-07-20 2021-09-14 合肥工业大学 一种基于三维谐振结构的超材料吸波器
CN113471714A (zh) * 2021-07-20 2021-10-01 西安电子科技大学 一种基于3d打印的超宽带分形介质谐振吸波器及方法
CN115536400A (zh) * 2022-09-09 2022-12-30 汕头大学 一种陶瓷吸波材料及其制备方法与应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224547A (zh) * 2021-04-22 2021-08-06 电子科技大学 一种镂空科赫雪花分型结构超宽带太赫兹吸波器
CN113394572A (zh) * 2021-07-20 2021-09-14 合肥工业大学 一种基于三维谐振结构的超材料吸波器
CN113471714A (zh) * 2021-07-20 2021-10-01 西安电子科技大学 一种基于3d打印的超宽带分形介质谐振吸波器及方法
CN113394572B (zh) * 2021-07-20 2022-07-29 合肥工业大学 一种基于三维谐振结构的超材料吸波器
CN115536400A (zh) * 2022-09-09 2022-12-30 汕头大学 一种陶瓷吸波材料及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112582802A (zh) 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波器
Simms et al. Thin radar absorber using an artificial magnetic ground plane
CN107257035B (zh) 一种微波波段极化不敏感的六频带超材料吸波体
CN105470661B (zh) 毫米波双层双频双极化平面反射阵列天线
CN109921192A (zh) 一种低频透波高频宽带吸波的频选装置
CN102770009B (zh) 一种吸波超材料
CN103647152B (zh) 一种宽带极化不敏感的超材料吸波体
CN105514619A (zh) 一种加载片式电阻的超宽频带超材料微波吸收器
CN110416742B (zh) 一种轻薄宽频吸波超材料
CN103346405B (zh) 一种十字缝隙天线
EP3813195B1 (en) Electromagnetic wave-absorbing metamaterial
Lee et al. A method for extending the bandwidth of metamaterial absorber
CN113193381A (zh) 一种基于硅和二氧化钒全介质超材料的多频带可调吸波器
Long et al. Efficient broadband linear polarization conversion metasurface based on%‐shape
CN204205067U (zh) 天线装置
CN213636313U (zh) 一种基于3d打印的全介质超材料多频段完美吸波阵列
CN107171076B (zh) 一种基于手征超表面的多频带圆极化器
CN113972499A (zh) 一种基于三浦折纸的三维可重构宽带宽角域吸波材料
CN111224242B (zh) 具有各向异性透波带的吸波与透波一体化频率选择表面
CN111262039A (zh) 基于电阻膜的宽带超材料吸波单元及吸波材料
CN116207516A (zh) 一种基于三层超表面的高性能超材料吸波体
CN216015715U (zh) 一种基于fr4全介质电磁超材料的频率选择器
He et al. Magnetic resonated bilayer square-ring–enabled dual-peak metamaterial absorber in P-band
CN115133276A (zh) 一种基于超材料的双馈电低雷达散射截面的微带阵列天线
CN113471714A (zh) 一种基于3d打印的超宽带分形介质谐振吸波器及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210330

WW01 Invention patent application withdrawn after publication