CN209860144U - 一种基于倒π结构的多频超材料吸波体 - Google Patents

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傅泓宇
李汶蔚
许殿坤
张惠棋
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Abstract

本实用新型公开一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，自下而上依次是底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属谐振单元。底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属谐振单元之间相互贴合，所述底层金属薄膜是全金属薄膜，顶层为水平臂长相等的“倒Π”型轴对称金属薄膜。通过合理的设计Π的几何尺寸，可以实现对垂直入射到超材料表面的电磁波完全吸收的特性。本实用新型提供的超材料吸波体结构简单，具有多个吸波峰值点，且吸收率高等特点。

Description

一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体
技术领域
本实用新型涉及超材料技术领域，具体的说是一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体。
背景技术
近年来，超材料研究不断发展，超材料技术日趋成熟。进而材料制备水平以及微观结构表征能力也不断的改进与提高，吸波材料也从微波频段逐步扩展到太赫兹频段。太赫兹通常是指0.1THz～10THz(波长在3mm～30μm)范围内的电磁波。由于具有高效的吸波性能，太赫兹频段的超材料吸波体在现代军事、工业、生活等领域具有广泛的应用前景。
超材料是由亚波长谐振单元所组成的人工材料，具有自然界中材料所不具备的新颖电磁特性。完美吸收超材料吸波体是由美国波士顿大学的Landy在2008年首次提出。这是一种基于超材料的电磁谐振吸收器，是一种金属层-介质层-金属层的三层式结构。利用超材料实现对电磁波的高吸收，为吸波材料的研究开辟了一个全新的领域。因此超材料结构的设计，具有潜在的价值，受到世界的广泛关注。
目前，超材料吸波体大多存在吸收峰单一、吸收率低、结构复杂等问题。本实用新型提供一种基于“倒Π”结构的多频超材料吸波体，与传统吸波体相比，该吸波体具有结构新颖、尺寸较小、不需多层超材料堆叠、易制作、多吸收峰、吸收率高等优点。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，包括金属-介质-金属的三层式结构，三层依次贴合，其中上层为倒Π结构的金属谐振单元，中层为有机玻璃构成的损耗介质，底层为一层连续的金属薄膜；所述底层金属薄膜的长度和宽度分别与中层损耗介质层的长度和宽度相等。
所述金属谐振单元的水平臂长为19～38μm，垂直臂长为19～38μm，两个水平短臂长相等，为9.5～18.5μm，垂直臂的水平宽度为4.5～9μm，水平短臂的垂直宽度为4.5～9μm。
所述金属谐振单元为银或铜构成的金属层。
所述金属谐振单元的厚度为0.3～0.5μm。
所述损耗介质层的介电常数为2～4，介质厚度为3～5μm。
所述金属薄膜为全覆盖的连续的银或铜的金属薄膜。
所述金属薄膜厚度为0.3～0.5μm。
本实用新型具有以下优点及有益效果：
1、本实用新型结构新颖、尺寸较小、不需多层超材料堆叠。
2、本实用新型易制作，具有多个吸收峰且吸收率强，可用于太赫兹吸波和探测装置。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的正视图；
图3是本实用新型的侧视图；
图4是采用CST对本实用新型超材料吸波体进行仿真的吸收率图；
其中1是金属谐振单元层，2是损耗介质层，3是连续金属薄膜层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
结合图1，本实用新型是由自下而上依次设置的底层金属薄膜3、中间损耗介质层2和顶层金属谐振单元1组成。底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜之间相互贴合，也即本实用新型的底层金属薄膜和顶层金属薄膜分别贴附于中间损耗介质层的两侧，所述底层金属薄膜是连续的金属薄膜，无镂空结构。顶层则是“倒Π”结构的轴对称金属谐振单元。顶层金属谐振单元和底层连续金属薄膜的厚度均为0.3～0.5μm。而中间损耗介质层的厚度为3～5μm。
图2为超材料吸波体的正视图。如图2所示，金属谐振单元为一个“倒Π”型的轴对称金属单元。“倒Π”型超材料结构单元周期为20～40μm。水平臂长X1为19～38μm，X2为9.5～18.5μm，X3为4.5～9μm。垂直臂长Y1为19～38μm，Y2为4.5～9μm。
图4为该超材料吸波体的吸收率仿真数据图。该图通过CST STUDIO SUITE 2015电磁仿真软件中的频域算法模拟计算，在入射TM波情况下得出的。吸收率的计算公式为：A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)。其中反射率R(ω)＝|S11|2，透射率T(ω)＝|S21|2。当吸波材料的阻抗尽量与自由空间的阻抗相匹配时，入射电磁波最大限度地进入材料内部，此时吸波率达到最高。由图我们可以看到1.2THZ、2.1THZ、3.2THZ、4.5THZ左右处均产生了吸收峰，而1.2THZ和4.5THZ左右处的吸收峰则是达到了90％以上。1.2THZ左右时的峰值更是接近1。

Claims (7)

1.一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，包括金属-介质-金属的三层式结构，三层依次贴合，其中上层为倒Π结构的金属谐振单元，中层为有机玻璃构成的损耗介质，底层为一层连续的金属薄膜；所述底层金属薄膜的长度和宽度分别与中层损耗介质层的长度和宽度相等。
2.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属谐振单元的水平臂长为19～38μm，垂直臂长为19～38μm，两个水平短臂长相等，为9.5～18.5μm，垂直臂的水平宽度为4.5～9μm，水平长臂和水平短臂的垂直宽度都为4.5～9μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属谐振单元为银或铜构成的金属层。
4.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属谐振单元的厚度为0.3～0.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述损耗介质层的介电常数为2～4，介质厚度为3～5μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属薄膜为全覆盖的连续的银或铜的金属薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于倒Π结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属薄膜厚度为0.3～0.5μm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112467392A (zh) * 2020-11-17 2021-03-09 厦门大学 中心对称类π形单边多频左手材料
CN112563759A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 合肥工业大学 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体
CN116940093A (zh) * 2023-05-23 2023-10-24 安徽大学 一种宽频带微波吸波体

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