[发明专利]一种基于硅和二氧化钒全介质超材料的多频带可调吸波器

说明书

本发明公开了一种基于硅和二氧化钒全介质超材料的多频带可调吸波器，属于电磁吸波超材料领域。本发明为了用于电磁屏蔽和雷达隐身并且克服金属吸波器的固有问题，我们提出一种基于硅和二氧化钒的全介质超材料多频段可调吸波器，可以在X波段(8‑12GHz)产生7个S₁₁参数为‑10dB(行业标准)以下的吸收峰。最低峰值达到‑35dB，电磁波吸收率大于99％。通过在底部设计的二氧化钒层，可以通过温度的改变调整吸波大小和频率。

技术领域

本发明涉及电磁超材料领域，特别涉及全介质超材料吸波器件。在实际应用中具有在X波段中(8GHz-12GHz)多个频段点吸收电磁波的能力。

背景技术

随着电磁波在社会中逐渐广泛的应用，人们愈发重视过量电磁辐射下对人的伤害。而在于军事上，雷达的电磁隐身各国也一直争先发展。而这些都离不开高效率吸波器的发明。

传统的超材料吸波器通常为“三明治”结构，即由表面周期性的金属贴片，中间介质层，加上底面的金属层组成。然而，这种金属结构，使得吸波器重量大、体积小，而且金属易破碎热传导性高欧姆损耗高，在使用过程中往往伴随着损耗和升温，对环境的适应能力较差。当频率达到共振频率时，表面等离子体激元被激发并使磁响应饱和，使得金属基超材料在更高的频率下无用。

发明内容

本发明为了用于电磁屏蔽和雷达隐身并且克服金属吸波器的固有问题，我们提出一种基于硅和二氧化钒的全介质超材料多频段可调吸波器，可以在X波段(8-12GHz)产生7个S₁₁参数为-10dB(行业标准)以下的吸收峰。最低峰值达到-35dB，电磁波吸收率大于99％。

为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：通过设计特定频率下硅结构单元的大小结构，使得该结构阵列与电磁波发生耦合谐振达到吸波效果。并通过底部设计二氧化钒层，可以通过温度的改变调整吸波大小和频率。其特征在于，包括：

顶部的三维硅结构阵列和底面二氧化钒温度敏感可调反射层。

所述的顶部的三维硅结构单元如图一所示，为长宽p＝12mm、高度h＝12mm的正方体减去对角两个圆柱缺口，圆柱缺口的半径r＝5mm，高度h＝12mm。

所述的底面二氧化钒温度敏感可调反射层结构单元如图一所示，为长宽12mm，高度0.5mm的长方体层附着在硅结构下。

通过超材料单元尺寸结构形状的改变，不同的结构可以激发不同的谐振模式，在亚波长条件下，谐振点处可以发生介电常数和磁导率的双负特性，而双负材料很难在自由空间阻抗匹配，因此实现带阻。

本发明的有益效果是：

(1)通过全介质超材料的结构设计避免了传统金属吸波器易破碎、热传导性高、欧姆损耗高、对环境的适应能力较差等缺点，体积小，成本低，易进行大规模低成本制备；

(2)在8GHZ-12GHZ实现7个低于-10dB(行业标准)的吸收峰，最强达到-35dB，吸波效果大于99％。

(3)通过底部的二氧化钒层，可以通过温度变化调节吸波的幅度和频率。

(4)该材料采用中心对称设计，对极化不敏感。

附图说明

图1(a)为超材料单元结构的结构图；图1(b)为完整阵列结构示意图；

图2为该超材料在二氧化钒金属态和介质态的S₁₁反射频谱；

图3(a)表示本发明中超材料吸波器在频率f1＝9.73GHz处磁场分布；图3(b)表示本发明中超材料吸波器在频率f2＝10.86GHz处磁场分布；图3(c)表示本发明中超材料吸波器在频率f3＝11.41GHz处磁场分布；

图4是表面电流(Surface Current)分布；

具体实施方式