微波波段全介质超表面吸波体的设计

论文摘要

随着对超表面研究的深入,越来越多的新特性被研究人员所发现,电磁超表面可以实现对入射电磁波振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控,本文利用电磁超表面对电磁波的完美吸收来设计超表面吸波体。吸波体的研究最早起源于军事领域尤其是在雷达隐身方面具有重要的意义,随着研究技术的成熟,电磁波吸收技术逐渐在能量采集,高保真成像,电磁传感方面也展示出了巨大的应用潜力。传统的超表面吸波体已经实现了在整个频谱范围内对电磁波的吸收,克服了传统吸波结构吸收率低、对极化角和入射角敏感,设计和制作困难等诸多缺点,得到了广泛的运用。但是由于传统超材料吸波结构一般由金属结构制成,其中的金属结构具有的低熔点,高欧姆损耗,和高热传导的特点,限制了其进一步的应用。而且结构还是相对复杂,一般由多层材料复合而成,设计和制作的成本仍然相对较高。因此本文提出设计微波波段的全介质超表面吸波体,可以解决金属超表面吸波体的这些问题。本文首先对金属超表面吸波体进行研究与分析,深入探究了金属超表面吸波体的吸波原理,对比了超表面吸波体相对传统吸波体的优势,反思了现有的超表面吸波体的劣势与不足,分析与整理了电磁波吸收领域的相关理论,为进一步改善吸波性能提供思考方向。本文首先提出设计了以掺杂硅为全介质超表面吸波体的构思,提出利用介质波导退化临界耦合原理来实现对电磁波吸收作用增强的方法,利用硅和PDMS设计了圆柱形的全介质超表面吸波体,分别实现了在1THZ和10GHZ附近超过90%以上的吸收率,接下来进一步提出了透明吸波的概念,利用ITO设计了在10GHZ附近超过90%以上吸收率的吸波结构,利用ITO和介质设计了宽频带的超表面吸波体,利用苯和乙氰的混合溶液设计了对可见光具有极高透过率的吸波结构,实现了对电磁波和可见光的双重“透明”。最后,论文对全介质超表面吸波体的设计过程进行了归纳总结。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题任务及目标

1.3 课题研究内容

1.4 论文结构

1.5 本章小结

第二章超表面吸波结构研究现状

2.1 吸波体的研究现状

2.1.1 吸波体简介

2.1.2 超材料吸波体的的简介

2.1.3 吸波体的研究现状

2.2 超表面的研究现状

2.2.1 超表面的应用领域

2.2.2 超表面的研究背景和意义

2.2.3 超表面的应用与设计

2.3 本章小结

第三章超表面吸波结构的设计理论

3.1 全介质超表面吸波结构分析

3.1.1 介质材料吸波的研究背景

3.1.2 介质材料吸波的原理

3.2 电磁超表面吸波体的相关理论

3.2.1 电磁波吸收率

3.2.2 阻抗匹配原理

3.2.3 相对介电常数和磁导率

3.2.4 干涉相消理论

3.3 CST仿真软件介绍

3.4 本章小结

第四章超表面吸波结构设计

4.1 超表面吸波体设计概述

4.1.1 对称金属结构吸波体设计与分析

4.2 全介质超表面吸波结构的设计

4.2.1 设计圆柱形的全介质超表面吸波结构

4.2.2 微波波段全介质超表面吸波结构

4.2.3 球形全介质吸波结构的设计

4.3 本章小结

第五章透明介质吸波结构设计

5.1 透明吸波体研究现状

5.1.1 超表面透明吸波结构设计

5.2 透明介质吸波结构设计

5.2.1 全介质超表面透明吸波结构的设计

5.2.2 全介质超表面透明吸波结构的分析

5.3 本章小结

第六章总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许鑫

导师: 高泽华

关键词: 微波,全介质,超表面,吸波

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 北京邮电大学

分类号: TB34;O441

总页数: 69

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