[發(fā)明專(zhuān)利]一種吸波-透波一體化超材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710019820.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106785468B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐永強(qiáng);沈楊;王甲富;屈紹波;馬華;李勇峰;王軍;杜洪亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q15/00
• 分類(lèi)號(hào): H01Q15/00;H01Q17/00
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 潘宏偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種吸波?透波一體化超材料，涉及新型人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，超材料包括多個(gè)吸波超材料單元和多個(gè)頻率選擇表面單元，多個(gè)頻率選擇表面單元按周期P呈矩陣式排列分布，每個(gè)吸波超材料單元設(shè)置在對(duì)應(yīng)的頻率選擇表面單元上；吸波超材料單元包括第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)，第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)均由多個(gè)第一介質(zhì)層和多個(gè)第一金屬層在垂直于頻率選擇表面單元的方向交替疊加構(gòu)成；頻率選擇表面單元包括第二介質(zhì)層和第二介質(zhì)層上的第二金屬層，第二金屬層的每個(gè)邊的中部金屬區(qū)域均被刻蝕掉形成凹槽。本發(fā)明中吸波?透波一體化超材料實(shí)現(xiàn)了對(duì)反射波和透射波的綜合調(diào)控，有效地兼容了超材料的高效吸波與透波性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種吸波-透波一體化超材料。

背景技術(shù)

新型人工電磁材料，又稱(chēng)電磁超材料，由于具有亞波長(zhǎng)的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其對(duì)電磁波具有良好的調(diào)控特性，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。將超材料結(jié)構(gòu)單元按周期或非周期方式排布，可以有效地對(duì)反射波、透射波甚至是輻射場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種調(diào)控方式，可以減少設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)自然材料電磁屬性的過(guò)度依賴(lài)，更易實(shí)現(xiàn)從微波波段到光頻段的高效調(diào)控特性。

隨著電磁超材料的不斷發(fā)展和細(xì)分，調(diào)控電磁波的研究取得了一系列的成果和應(yīng)用。一方面，如果不考慮透射波，可以在某一頻點(diǎn)或?qū)掝l帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)反射電磁波的強(qiáng)度、極化、反射方向甚至是輻射遠(yuǎn)場(chǎng)的高效調(diào)控。與之相對(duì)應(yīng)的超材料常被稱(chēng)為超材料吸波體，極化旋轉(zhuǎn)超表面，相位梯度超表面和數(shù)字超材料。與此同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)具有高效傳輸特性的超材料，對(duì)透射波電磁波的空間濾波特性、極化旋轉(zhuǎn)特性和透射方向等方面的調(diào)控，也被稱(chēng)為頻率選擇表面、透射型極化旋轉(zhuǎn)超表面和透射型相位梯度超表面。

由于具有高效的電磁調(diào)控特性，超材料在隱身領(lǐng)域、探測(cè)領(lǐng)域、電磁兼容領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，上述關(guān)于超材料調(diào)控電磁波的設(shè)計(jì)主要是單方面地調(diào)控反射波或透射波，并未實(shí)現(xiàn)對(duì)反射波和透射波的綜合調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種吸波-透波一體化超材料，借助兩款具有不同性能超材料的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，使所構(gòu)成的超材料能夠同時(shí)對(duì)反射和透射電磁波進(jìn)行綜合調(diào)控，進(jìn)電而實(shí)現(xiàn)高效可設(shè)計(jì)的電磁調(diào)控目標(biāo)，從而有效地解決了吸波超材料在寬吸波頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)任一頻點(diǎn)處高效透波的吸波-透波一體化應(yīng)用。

具體的，吸波-透波一體化超材料，包括多個(gè)吸波超材料單元和多個(gè)頻率選擇表面單元，多個(gè)頻率選擇表面單元按周期P呈矩陣式排列分布，每個(gè)吸波超材料單元設(shè)置在對(duì)應(yīng)的頻率選擇表面單元上；

吸波超材料單元包括第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)，第二棱臺(tái)設(shè)置在第一棱臺(tái)的頂面上，第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)的中心位于同一直線上，第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)均由多個(gè)第一介質(zhì)層和多個(gè)第一金屬層在垂直于頻率選擇表面單元的方向交替疊加構(gòu)成；

頻率選擇表面單元包括第二介質(zhì)層和第二介質(zhì)層上的第二金屬層，第二金屬層的每個(gè)邊的中部金屬區(qū)域均被刻蝕掉形成凹槽，任意相鄰兩個(gè)邊的凹槽之間具有間隙，第一棱臺(tái)的底面固定在第二金屬層每個(gè)邊的凹槽圍成的金屬區(qū)域上。

優(yōu)選的，周期P的尺寸為19-22.5mm。

優(yōu)選的，第一棱臺(tái)和第二棱臺(tái)均為正四棱臺(tái)，第一棱臺(tái)的底面邊長(zhǎng)為15mm，第一棱臺(tái)的頂面邊長(zhǎng)為11.3mm，第一棱臺(tái)的高度為4.4mm，第二棱臺(tái)的底面邊長(zhǎng)為9.5mm，第二棱臺(tái)的頂面邊長(zhǎng)為7.5mm，第二棱臺(tái)的高度為4.4mm。

優(yōu)選的，第一金屬層和第二金屬層均為正方形，第一金屬層和第二金屬層均由銅制成，第一金屬層和第二金屬層的厚度均為0.02mm。

優(yōu)選的，第二介質(zhì)層為正方形，第二介質(zhì)層和第二金屬層的邊長(zhǎng)均與周期P的尺寸相同。

優(yōu)選的，第一介質(zhì)層選用FR4板，第一介質(zhì)層的厚底為0.2mm，介電常數(shù)為4.3(1-j0.025)。

優(yōu)選的，第二介質(zhì)層的厚底為0.6mm，介電常數(shù)為2.65(1-j0.001)。