[發明專利]入射角與極化不敏感的太赫茲吸波器

有效

• 申請號: 202011139330.0
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112397906B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 劉凌云;周梅琳;付波;徐勁霞;張吳欣;李志恒
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 張國麒

本發明公開了一種入射角與極化不敏感的太赫茲吸波器，包括金屬底板和呈對稱以及陣列式排列在所述金屬底板上的陣列單元，單個陣列單元包括一個陶瓷顆粒以及一個與所述陶瓷顆粒同心的諧振環。本發明提供的太赫茲波吸收器在1.8THz附近可達到對電磁波近100％的吸收，實現對該頻段電磁波的完美吸收，在不同的極化角度情況下有著相同的吸收響應曲線，因而其有著極化不敏感性，當極化角度不斷變化時，對電磁波的吸收性能不受影響，并且制備工藝簡單，能夠解決現有的太赫茲波段吸波材料結構復雜、制備困難、對極化敏感和入射角過窄等弊端。

技術領域

本公開涉及一種入射角與極化不敏感的太赫茲吸波器。

背景技術

太赫茲波是指頻率范圍在0.1-10THz之間的電磁波，介于微波和紅外光之間的電磁波。微波是頻率在300MHz-3000GH之間的電磁波，紅外電磁波是指波長在0.76～1000μm之間的電磁波。目前各種吸波器的研究主要集中在人工金屬周期結構上，例如SRR和金屬線復合材料以及其衍生結構，利用金屬線組成的電單元和SRR構成的磁單元。太赫茲波具備寬帶性、低能性、瞬態性，使得太赫茲波多個領域受到了相當廣泛的應用。除此之外，太赫茲在半導體制作、新型超導材料等相關領域也有重大的發展。太赫茲應用技術的實用化和商品化，除了太赫茲源和太赫茲探測器件外，還需要各種各樣的太赫茲功能材料和器件。然而，這些功能材料和器件的研究至今尚不成熟，很多還無法滿足實際應用的需求。因此具有實際應用意義的吸波材料有著非常廣泛的市場。

介電常數和磁導率是電磁波在物質中傳播的重要物理量，決定傳播特性。目前主流的太赫茲吸波材料是通過人工電磁超材料來實現吸波的，它們通常是一種金屬—介質—金屬的三層結構，通過設計和優化超材料單元的尺寸、結構和排列方式，在特定頻率下，使其阻抗與自由空間相匹配，從而達到吸收電磁波的效果。

高介電顆粒能夠與入射電磁波相互作用產生介電極化，極化作用產生的位移電流在特定的頻率下能夠形成磁偶極子、電偶極子及更高諧振模態。介電常數和磁導率決定了電磁波在介質中的傳播特性，電磁波的損耗包括電損耗和磁損耗，復介電常數的實部和虛部直接決定了電損耗的大小，同理，磁導率的實部和虛部能直接表現出磁損耗的強度。利用介質顆粒在諧振模態下產生的電磁諧振來調控結構單元的等效介電常數和等效磁導率，實現阻抗匹配。

目前常用的作為吸收電磁波的高介電材料是鈦酸鋇，大多采用參雜其他材料對其吸波性能進行改進，而鈦酸鋇的制備常采用高溫固相和化學沉淀的方法，高溫固相法制備的鈦酸鋇粉末含有少量的碳酸鋇和二氧化鈦等雜質，晶粒尺寸分布不均勻，化學共沉淀法制備的鈦酸鋇粉末存在較為嚴重的團聚現象，影響其吸波效果，而參雜其他材料會加大制作工藝的難度，因此這樣的吸波材料會存在制作工藝復雜且功能單一的缺點。

傳統的超材料太赫茲吸收器具有以下不足：(1)在吸波器的實際應用中，對偏振方向的敏感度也是非常重要的，吸波器對電磁波的入射角度和偏振方向敏感，當其角度與偏振方向劇烈變化時，會造成對其吸波性能的嚴重影響；(2)采用人工超材料和多層結構的超材料吸收器，工藝復雜，大面積制備更是難以實現。另外，為了提高器件帶寬等目的而采取的措施，會進一步加大設計和加工器件的難度。由于超材料太赫茲吸收器件的這些不足，極大限制了吸波材料在太赫茲系統中的實際應用。

發明內容

本發明提供一種入射角與極化不敏感的太赫茲吸波器，解決現有的太赫茲波段吸波材料結構復雜、制備困難、對極化敏感和入射角過窄等弊端。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：

一種入射角與極化不敏感的太赫茲吸波器，包括金屬底板和呈對稱以及陣列式排列在所述金屬底板上的陣列單元，單個陣列單元包括一個陶瓷顆粒以及一個與所述陶瓷顆粒同心的諧振環，所述諧振環貼合所述金屬底板的上表面，所述高介電陶瓷顆粒位于所述金屬底板之上，不直接接觸所述金屬底板。

優選地，所述陶瓷顆粒材料為鈦酸鈣，所述諧振環的材料為鈦酸鋰，所述金屬底板的材質為鋁片或銅片。