【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，涉及一种极化不敏感、宽入射角、高吸波率的微波三频带超表面吸波器。
技术介绍
1、微波段通常指波长约在1m～1mm，对应的频率约为300mhz到300ghz。微波可以提供更高的数据传输速率和更大的工作带宽，在通信、雷达、医疗、安全检测、遥感、工业应用等领域均有广泛的应用。微波超表面吸波器可实现微波段电磁波的高效吸收，在通信、雷达、电磁隐身等方面被广泛研究应用。
2、超表面是一种人工设计的亚波长结构，通过改变其结构尺寸和排布方式，可以灵活自如地调控电磁波的偏振、相位、振幅、共振等特性。基于超表面的吸波器具有厚度薄、尺寸小、重量轻等优点，且能解决传统吸波材料厚度限制的问题，故其在频谱成像、热辐射吸收、光探测器及隐身等领域得到广泛的应用。
3、近年来，有关微波段超表面吸波器的研究取得了重大突破，一些极化不敏感、宽入射角、多频带的吸波结构不断被提出，但这些研究很难在单个设计结构中兼顾多频带完美吸收、偏振不敏感、广角稳定性等所有特性。
技术实现思路
1、针对微波段超表面吸波器结构设计中，无法在单一结构同时实现多频带完美吸收、偏振不敏感、广角稳定性的问题，本专利技术提供一种微波三频带超表面吸波器。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、该吸波器单胞结构由顶层谐振图案、中间介质层、金属底板三层组成，顶层谐振图案和金属底板分别贴合中间介质层的上下表面。顶层谐振图案是由外部金属开口谐振环、中间圆环和中间方环组
4、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所设计超表面结构顶层谐振图案关于对角线对称。
5、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所述中间介质层采用介电常数为4.4、损耗正切角为0.02的环氧树脂玻璃布板。
6、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所述顶层谐振层和金属底板的厚度必须大于电磁波的趋肤深度，材料均采用的是金属铜膜。
7、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所设计中间介质层和金属底板尺寸相同，但厚度不同。
8、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所述中间介质层下表面打印金属铜膜作为所述金属底板，上表面采用化学腐蚀法得到顶层谐振图案。
9、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所述吸波器吸波率计算值a(ω)和吸波器归一化阻抗z(ω)满足：
10、
11、式中，a0(ω)表示吸波器吸波率期望值，ξ表示吸波器吸波率误差阈值，z1(ω)表示吸波器归一化阻抗期望值，γ表示吸波器归一化阻抗误差阈值。
12、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，所述吸波器吸波率a(ω)计算方法如下：
13、a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)＝1-|s11|2-|s21|2
14、式中，r(ω)为吸波器的反射率，t(ω)为吸波器的透射率，s11为吸波器的反射系数，s21为吸波器的透射系数，由于金属底板铜膜厚度远大于铜在此工作频段的趋肤深度，电磁波无法从底板透射，故透射率可近似为零。因此，吸波率a(ω)可表示为：
15、
16、式中，zin(ω)为超表面吸波器的输入阻抗，z0为自由空间中的波阻抗，z0＝377ω，zin(ω)可表示为：
17、zin(ω)＝re{zin(ω)}+j im{zin(ω)}
18、式中，re{zin(ω)}为输入阻抗的实部，im{zin(ω)}为输入阻抗的虚部，j为虚数单位。
19、则所述超表面吸波器吸波率a(ω)表示为：
20、
21、进一步地，所述超表面吸波器吸波率a(ω)可通过吸波率控制函数f(zin(ω),z0)表示：
22、
23、进而得到超表面吸波率控制模型f(a(ω))：
24、
25、式中，n为超表面吸波器在工作带宽的频率采样点数，g1为工作带宽的频率起始值，g2为工作带宽的频率终值。
26、根据本专利技术所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，吸波器归一化阻抗z(ω)获得方法包括：
27、
28、则所述吸波器归一化阻抗z(ω)可通过归一化阻抗控制函数e(s11)表示：
29、
30、进而得到超表面归一化阻抗控制模型e(z(ω))：
31、
32、本专利技术的有益效果在于：
33、(1)本专利技术所提出的一种微波三频带超表面吸波器，其顶层谐振层图案具有高度的中心对称性，使吸波器具有极化不敏感特性。
34、(2)本专利技术所提出的一种微波三频带超表面吸波器，其在te和tm模式下都具有广角入射特性，其中，te和tm模式分别为横电和横磁模式。吸波率总体上随着入射角增大而减小，但不论在te模式还是在tm模式下对于入射角在0°～60°范围内均保持高于80％的吸波率。
35、(3)本专利技术所提出的一种微波三频带超表面吸波器，其在5.16ghz、7.27ghz和8.32ghz频率处的吸波率分别为99.98％、99.94％和99.98％，可实现近乎完美吸波。
36、(4)本专利技术所提出的一种微波三频带超表面吸波器，其具有较薄的特性，结构总厚度为1.32mm，仅为最低吸收频率处对应波长的0.023。
37、(5)本专利技术所提出的一种微波三频带超表面吸波器，其顶层谐振层图案由简单的开口谐振环、方环和圆环结构组成，极易加工和批发生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种微波三频带超表面吸波器，其主要特征在于：
2.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所设计超表面结构顶层谐振图案关于对角线对称。
3.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所述中间介质层采用介电常数为4.4、损耗正切角为0.02的环氧树脂玻璃布板。
4.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所述顶层谐振图案和金属底板的厚度必须大于电磁波的趋肤深度，材料均采用的是金属铜膜。
5.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所设计中间介质层和金属底板尺寸相同，但厚度不同。
6.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所述中间介质层下表面打印金属铜膜作为所述金属底板，上表面采用化学腐蚀法得到顶层谐振图案。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，其特征在于，所述吸波器吸波率计算值A(ω)和吸波器归一化阻抗Z(ω)满足：
8.根据权利要求7所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，其
9.根据权利要求8所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，其特征在于，所述吸波器归一化阻抗Z(ω)获得方法包括：
10.根据权利要求9所述的微波三频带超表面吸波器设计方法，其特征在于，所述超表面吸波率和归一化阻抗控制模型如下：
...【技术特征摘要】
1.一种微波三频带超表面吸波器，其主要特征在于：
2.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所设计超表面结构顶层谐振图案关于对角线对称。
3.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所述中间介质层采用介电常数为4.4、损耗正切角为0.02的环氧树脂玻璃布板。
4.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所述顶层谐振图案和金属底板的厚度必须大于电磁波的趋肤深度，材料均采用的是金属铜膜。
5.根据权利要求1所设计的微波三频带超表面吸波器，其特征在于，所设计中间介质层和金属底板尺寸相同，但厚度不同。
6.根据权利要求1所设计的微波...
【专利技术属性】
技术研发人员：付长凤，喻卫军，张易成，居佳欣，李政烨，胡海乐，韩连福，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。