基于电磁超材料的多频吸收体设计研究文献综述

 2022-07-15 08:07

基于电磁超材料的多频吸收体设计研究

  1. 选题说明

电磁超材料在21世纪开辟了材料学的新领域,通过对超材料的几何参数进行合理调配,能够获得奇特的点此功能,而这些功能往往是天然材料所不能实现的。超材料是材料设计领域上的重大长信,对新信息技术,国防工业,电子对抗,吸波材料,新能源技术等领域具有重要的应用价值。在军事上,基于电磁超材料的吸波材料在隐身,电磁兼容领域具有重要的应用价值。本课题研究旨在基于电磁超材料技术设计多频结构型电磁吸收体,可以实现在多个频点处对入射电磁波的完美吸收。

2、选题的立论依据(课题来源、理论意义和实际应用价值)

近年来, 随着现代信息科技的高速发展, 传统武器装备的战场生存能力受到严峻挑战。低散射武器平台成为各国大力发展的新技术,降低电磁器件的散射特性也逐渐成为了学者们的研究重点。 其中,电磁能量吸收体通过吸收电磁波将电磁能转化为热能,可有效降低平台的雷达散射截面(RCS),其在现代战争中的作用日益凸显。电磁超材料作为一种材料设计的新理念,具有常规材料所不具备的超常物理特性, 是近些年来国际学术界的研究热点。 本课题研究旨在基于电磁超材料技术设计多频结构型电磁吸收体,可以实现在多个频点处对入射电磁波的完美吸收。可有效降低器件的RCS,同时具有结构轻、低剖面的特性,具有广阔的应用前景。

3、文献综述(国内外研究现状)

基于电磁超材料的电磁谐振吸收器通过合理设计器件的物理尺寸及材料参数可对入射到吸收器的特定频率的电磁波实现100%的完美吸收,因而受到国内外学术界的高度关注。1968年苏联物理学家Veselago最早把超材料成为左手材料(Left-handed metamaterial,双负材料),从Maxwell方程出发,研究电磁波在双负材料(负介电常数,负磁导率)中传播的特性,并对其电磁特性进行了总结:电磁波在这种材料中传播时,相速与群速方向相反,E,H,K之间呈左手螺旋法则,此传播现象与电磁波在传统材料传播的情况相反,最终该材料定义为左手材料。2006年6月,J.B.Pendry等人[1]在《科学》杂志论文上指出,磁导率和介电常数按照一定的规律分布的超材料能进行电磁波的调控,如,波的传播方向,电磁场能量分布等。由于超材料具有特殊电磁特性,使其在隐身技术,雷达,电子对抗,特种天线,特种天线罩等装备技术运用领域具有深刻的意义和开阔的发展空间。2008年Landy[2]在GHz频段设计了一种吸收率接近100%的完美吸波体结构,结构主要是由“类方形”谐振环,介质基板和段金属线组合。该吸波结构包含电谐振器和磁谐振器部分,即分别能够产生电磁谐振,所以其优点是不用加载集总元件就能满足在某一频点的100%吸收特性。随后,Tao[3]在太赫兹波段也研究出了一种超材料吸波结构,且在实验测得其频率在1.30THz处的吸收率达到70%。2015年黄锐等人[4]设计了一种螺旋还超材料吸波体,实现在太赫兹频段的多频带吸收特性,在1.0-4.0THz频段内共有4个吸收峰,其中频率在1.77THz和3.01THz处的吸收率接近100%,该结构有良好的多频吸收特性。虽然该吸波体实现双频点高吸收,可以通过改变结构参数来实现频带的偏移来调整到应用需求的吸收频点,但是改变其结构参数会使两个吸收频点同时产生偏移,不能单独控制某一个频点。FEI DING等人[5]设计了一种由多层结构叠加而成的超材料吸收体,其单元形状类似于金字塔型,结构设计将下层的谐振器为上层结构的地板,然后合理的优化其各项参数,满足其每层都有不同且较相邻的吸收频点,通过吸收特性的不断叠加,从而实现了其频带的拓宽,实现宽频带吸收的效果。

4、亟待解决的问题

(1)电磁超材料的结构的构架

采取什么排列方式,使用什么材料等。

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