[發明專利]一種基于硅和二氧化釩全介質超材料的多頻帶可調吸波器

在審

• 申請號: 202110497432.8
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113193381A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 肖丙剛;劉金榮
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于硅和二氧化釩全介質超材料的多頻帶可調吸波器，屬于電磁吸波超材料領域。本發明為了用于電磁屏蔽和雷達隱身并且克服金屬吸波器的固有問題，我們提出一種基于硅和二氧化釩的全介質超材料多頻段可調吸波器，可以在X波段(8?12GHz)產生7個S₁₁參數為?10dB(行業標準)以下的吸收峰。最低峰值達到?35dB，電磁波吸收率大于99％。通過在底部設計的二氧化釩層，可以通過溫度的改變調整吸波大小和頻率。

技術領域

本發明涉及電磁超材料領域，特別涉及全介質超材料吸波器件。在實際應用中具有在X波段中(8GHz-12GHz)多個頻段點吸收電磁波的能力。

背景技術

隨著電磁波在社會中逐漸廣泛的應用，人們愈發重視過量電磁輻射下對人的傷害。而在于軍事上，雷達的電磁隱身各國也一直爭先發展。而這些都離不開高效率吸波器的發明。

傳統的超材料吸波器通常為“三明治”結構，即由表面周期性的金屬貼片，中間介質層，加上底面的金屬層組成。然而，這種金屬結構，使得吸波器重量大、體積小，而且金屬易破碎熱傳導性高歐姆損耗高，在使用過程中往往伴隨著損耗和升溫，對環境的適應能力較差。當頻率達到共振頻率時，表面等離子體激元被激發并使磁響應飽和，使得金屬基超材料在更高的頻率下無用。

發明內容

本發明為了用于電磁屏蔽和雷達隱身并且克服金屬吸波器的固有問題，我們提出一種基于硅和二氧化釩的全介質超材料多頻段可調吸波器，可以在X波段(8-12GHz)產生7個S₁₁參數為-10dB(行業標準)以下的吸收峰。最低峰值達到-35dB，電磁波吸收率大于99％。

為了實現上述目的，本發明采用的一個技術方案是：通過設計特定頻率下硅結構單元的大小結構，使得該結構陣列與電磁波發生耦合諧振達到吸波效果。并通過底部設計二氧化釩層，可以通過溫度的改變調整吸波大小和頻率。其特征在于，包括：

頂部的三維硅結構陣列和底面二氧化釩溫度敏感可調反射層。

所述的頂部的三維硅結構單元如圖一所示，為長寬p＝12mm、高度h＝12mm的正方體減去對角兩個圓柱缺口，圓柱缺口的半徑r＝5mm，高度h＝12mm。

所述的底面二氧化釩溫度敏感可調反射層結構單元如圖一所示，為長寬12mm，高度0.5mm的長方體層附著在硅結構下。

通過超材料單元尺寸結構形狀的改變，不同的結構可以激發不同的諧振模式，在亞波長條件下，諧振點處可以發生介電常數和磁導率的雙負特性，而雙負材料很難在自由空間阻抗匹配，因此實現帶阻。

本發明的有益效果是：

(1)通過全介質超材料的結構設計避免了傳統金屬吸波器易破碎、熱傳導性高、歐姆損耗高、對環境的適應能力較差等缺點，體積小，成本低，易進行大規模低成本制備；

(2)在8GHZ-12GHZ實現7個低于-10dB(行業標準)的吸收峰，最強達到-35dB，吸波效果大于99％。

(3)通過底部的二氧化釩層，可以通過溫度變化調節吸波的幅度和頻率。

(4)該材料采用中心對稱設計，對極化不敏感。

附圖說明

圖1(a)為超材料單元結構的結構圖；圖1(b)為完整陣列結構示意圖；

圖2為該超材料在二氧化釩金屬態和介質態的S₁₁反射頻譜；

圖3(a)表示本發明中超材料吸波器在頻率f1＝9.73GHz處磁場分布；圖3(b)表示本發明中超材料吸波器在頻率f2＝10.86GHz處磁場分布；圖3(c)表示本發明中超材料吸波器在頻率f3＝11.41GHz處磁場分布；

圖4是表面電流(Surface Current)分布；

具體實施方式