[發明專利]基于石墨烯與超表面的工作帶寬可調吸波器

有效

• 申請號: 201710523269.1
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107369918B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 吳邊;李慧玲;趙雨桐;張偉;賀連星
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00;H05K9/00
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明提出一種基于石墨烯與超表面的工作帶寬可調吸波器，主要解決現有吸波器帶寬不可調且吸波性能不好的技術問題，包括直流電源和由上而下依次層疊的頻率選擇表面、三層介質基板和金屬底板；第二介質層與金屬底板間加設空氣介質，展寬了吸波帶寬；頻率選擇表面由m×n個啞鈴形周期單元構成，啞鈴形單元上下端均為用豎直金屬導線連接的設有石墨烯薄膜夾層的金屬貼片，水平金屬細導線貫穿整行單個啞鈴單元串接一體。本發明結構簡單，使用設有石墨烯薄膜夾層的金屬貼片吸波性能較好，能更加便捷地調諧吸波帶寬；用電導率高的金屬底板，減小了吸波器對電磁波透射。適用于電磁抗干擾及現代通信系統。

技術領域

本發明屬于吸波材料技術領域，主要涉及帶寬可調吸波器，具體是一種基于石墨烯與超表面的工作帶寬可調吸波器，可用于電磁抗干擾及現代通信系統。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子構成的二維結構，它具有很多優異特性，例如最薄材料、最硬材料、極高的載流子遷移率、具有柔韌性和透光性、電導率可以通過外部電場和磁場進行調節等。這些優良特性可以用來設計各種新型納米器件或者透明導電材料，例如透明電極，光學調制器，極化器，等離子器件，光子探測器，超棱鏡和吸波器件等，是一種性能可調、極富潛力的新材料。

電磁吸波器特指能夠將入射的電磁波吸收并把其中的電磁能量轉化為熱能或者其它形式的能量的電磁器件，在很多領域的應用非常廣泛。傳統的吸波器吸波帶寬相對較窄，如Salisbury屏吸波器。為了拓展吸波帶寬，研究人員對其結構進行改進，頂部的周期性圖案采用導電薄膜，中間為介質層，底板為金屬材料，可以實現寬帶吸波的效果。頻率選擇表面構成的吸波器雖然具有較好的吸波性能，但是吸波特性不能隨著電磁環境改變而改變，因此隨后出現了可調型吸波器，比如利用石墨烯表面電導率可調的性質，通過改變偏置電壓，進而實現吸波頻率可調的特性。目前，很多可調吸波器雖然能實現吸波頻率的動態調節，但是很少有專注于將寬帶吸波轉換成窄帶吸波的可調吸波器，同時考慮到工作帶寬轉換效果以及吸波性能，它們的可調結果并不能完全令人滿意。例如，2014年Yin Zhang等在Optical Society ofAmerica期刊(2014,22(19):22743.)上發表了“Graphene BasedTunable Metamaterial Absorber and Polarization Modulation in TerahertzFrequency”，論文中采用上層的純十字形金屬與下層的雙層石墨烯條帶相結合的方法實現了太赫茲吸波頻率連續可調的設計，但是該吸波器的工作帶寬不可調且其整體吸波帶寬比較窄。2015年GangYao等在IEEE Photonics Journal期刊(2015,8(1):1-8.)發表了“Dynamically Electrically Tunable BroadbandAbsorber Based on Graphene AnalogofElectromagnetically Induced Transparency”，論文中采用基于透明電磁感應石墨烯等離子體類似物(GPIT)的超材料結構，利用該結構的特殊機制實現太赫茲寬帶吸波以及工作帶寬可調諧的功能，但是該吸波器由寬帶0.5THz，吸波率為80％，調至窄帶0.3THz，吸波率為70％，帶寬變化不明顯且工作帶寬內對應的吸波效果不夠好。

隨著主動可調吸波器在現代通信中的應用越來越廣泛，這就要求它對環境變化的自適應性更強，并且具備全方面性能可調特點，而現有技術一方面用于實現吸波率主動調諧的吸波結構，其調諧不夠靈活穩定；另一方面用于實現吸波帶寬可調的結構很少且調諧效果不好，同時缺少吸波器自身的完美吸波效果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種基于石墨烯與超表面的工作帶寬可調吸波器。