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Abstract

本发明涉及一种三维结构的多频超材料吸波体。该吸波体包括：介质层、金属薄膜层以及立体金属图案层；所述介质层设于所述金属薄膜层之上，且所述介质层与所述金属薄膜层相贴合；所述立体金属图案层嵌入到所述介质层内部；所述立体金属图案层包括多个扇形柱体以及同心圆环柱体；以所述同心圆环柱体的圆点为圆心，多个所述扇形柱体均匀分布在所述同心圆环柱体的外表面，形成圆柱体。采用本发明所提供的吸波体能够在大角度入射波下也能够有很高的吸收率。

Description

一种三维结构的多频超材料吸波体
技术领域
本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种三维结构的多频超材料吸波体。
背景技术
超材料作为一种人工设计结构的复合材料，由于其独特的物理性质，如负折射、完美透镜、隐形斗篷等，引起了科学界的高度重视。超材料吸波体作为超材料的一个重要应用领域，具有设计灵活、响应可调、厚度薄等优点。此外，超材料吸波体可以通过精心设计的结构实现超宽带和极窄带宽，广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、生物与医学、智能通信、光电探测等领域。近年来，研究人员在多频段超材料吸波体方向进行了大量研究，由于入射角度的增加会降低电场强度的水平分量，入射电场产生的等效循环电流逐渐减弱，因此，目前多频段超材料吸波体存在的主要问题是在大角度入射波下的吸收率很低，大大限制了该类器件的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维结构的多频超材料吸波体，以解决现有的多频段超材料吸波体在大角度入射波下的吸收率很低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种三维结构的多频超材料吸波体，包括：介质层、金属薄膜层以及立体金属图案层；
所述介质层设于所述金属薄膜层之上，且所述介质层与所述金属薄膜层相贴合；所述立体金属图案层嵌入到所述介质层内部；
所述立体金属图案层包括多个扇形柱体以及同心圆环柱体；以所述同心圆环柱体的圆点为圆心，多个所述扇形柱体均匀分布在所述同心圆环柱体的外表面，形成圆柱体。
可选的，所述圆柱体的材质为电导率为5.88×105S/m的导电银浆。
可选的，所述扇形柱体为空心的扇形柱体，具体包括12个空心的扇形柱体；
12个空心的所述扇形柱体等间隔设于所述同心圆环柱体的外表面。
可选的，相邻的两个所述扇形柱体之间的角度为旋转角；一个所述扇形柱体的扇形角度大于所述旋转角。
可选的，所述扇形柱体的环宽与所述同心圆环柱体的环宽相等。
可选的，所述介质层的材质为相对介电常数为2.9，损耗正切为0.02的光敏树脂材料。
可选的，所述金属薄膜层的材质为铜金属。
可选的，所述金属薄膜层的长度与所述介质层的长度相等，所述金属薄膜层的宽度与所述介质层的宽度相等。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种三维结构的多频超材料吸波体，对于垂直入射的电磁波，3个工作频点处的吸收率均达到99％以上，该3个工作频点具体为23.5GHz,31.5GHz,和38.1GHz；同时，该多频超材料吸波体具有高度对称性，具有极化不敏感特性，且本发明所公开的三维结构的多频超材料吸波体为立体结构，从而能够有效增大等效循环电流，通过优化结构，调控单元的电谐振和磁谐振，实现了良好的入射波阻抗匹配，因此，在大角度入射波下也有很高的吸收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的结构立体图；
图2为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的主视图；
图3为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的俯视图；
图4为本发明所提供的立体金属图案层的三维立体图；
图5为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体在垂直极化波(TE)下垂直入射情况下的吸收率仿真结果图；
图6为通过仿真软件得到的吸波体在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图；
图7为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝60°情况下的吸收率仿真结果图；
图8为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝70°情况下的吸收率仿真结果图；
图9为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝80°情况下的吸收率仿真结果图；
图10为本发明所提供的TE极化波下斜入射角60°-80°不同情况下的吸收率仿真结果对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种三维结构的多频超材料吸波体，在大角度入射波下也有很高的吸收率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的结构立体图，图2为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的主视图，图3为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体的俯视图，如图1-3所示一种三维结构的多频超材料吸波体，包括：介质层1、金属薄膜层2以及立体金属图案层3；所述介质层1设于所述金属薄膜层2之上，且所述介质层1与所述金属薄膜层2相贴合；所述立体金属图案层3嵌入到所述介质层1内部；如图4所示，所述立体金属图案层3包括多个扇形柱体以及同心圆环柱体；以所述同心圆环柱体的圆点为圆心，多个所述扇形柱体均匀分布在所述同心圆环柱体的外表面，形成圆柱体；所述扇形柱体为空心的扇形柱体，具体包括12个空心的扇形柱体；12个空心的所述扇形柱体等间隔设于所述同心圆环柱体的外表面；相邻的两个所述扇形柱体之间的角度为旋转角；一个所述扇形柱体的扇形角度大于所述旋转角；所述扇形柱体的环宽与所述同心圆环柱体的环宽相等。
作为本发明可选的一种实施方式，所述圆柱体的材质为电导率为5.88×105S/m的导电银浆。
所述介质层1的材质为相对介电常数为2.9，损耗正切为0.02的光敏树脂材料。
所述金属薄膜层2的材质为铜金属。
所述金属薄膜层2的长度与所述介质层1的长度相等，所述金属薄膜层2的宽度与所述介质层1的宽度相等。
在实际应用中，本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体包括自上而下的一层损耗介质层1和底层金属薄膜层2，立体金属图案层3嵌入介质层1中，介质层1的底面以及金属薄膜层2两者之间相互贴合；嵌入的立体金属图案层3由12个空心的扇形柱体和一个同心圆环柱体结构；
如图2所示，介质层1的介质基板的边长为a、厚度为h的立方体结构；如图3所示，立体金属图案层3的扇形体柱的半径为R，圆环半径为r，环宽均为w，立体金属图案层3的整体高度为ht，底层金属薄膜层2的厚度为t，扇形角度为θ1，旋转角为θ2。
在具体的应用中，各参数数值如下所示：
a＝8mm，h＝3.4mm，t＝0.017mm，R＝3.6mm，r＝1.6mm，ht＝2.1mm，w＝0.15mm，θ1＝20°，θ2＝10°。介质层1的材料采用的是光敏树脂材料，介电常数为2.9，损耗正切为0.02，导电银浆的电导率为5.88×105S/m。
图5为本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体在垂直极化波(TE)下垂直入射情况下的吸收率仿真结果图，图6为通过仿真软件得到的吸波体在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图，由图5-6可知，不同极化角下的吸波率曲线图一致，因此本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体具有极化不敏感特性。
图7为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝60°情况下的吸收率仿真结果图，图8为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝70°情况下的吸收率仿真结果图，图9为本发明所提供的TE极化波下斜入射角θ＝80°情况下的吸收率仿真结果图，如图7-9可知，本发明所提供的三维结构的多频超材料吸波体在大入射角下也有很高的吸收，在80°斜入射角下三个谐振峰的吸收也超过88％。图10为本发明所提供的TE极化波下斜入射角60°-80°不同情况下的吸收率仿真结果对比图，从图10可以看出，随着入射角的增加，低频处的吸收率增加，高频处的吸收率降低。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，包括：介质层、金属薄膜层以及立体金属图案层；
所述介质层设于所述金属薄膜层之上，且所述介质层与所述金属薄膜层相贴合；所述立体金属图案层嵌入到所述介质层内部；
所述立体金属图案层包括多个扇形柱体以及同心圆环柱体；以所述同心圆环柱体的圆点为圆心，多个所述扇形柱体均匀分布在所述同心圆环柱体的外表面，形成圆柱体。
2.根据权利要求1所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述圆柱体的材质为电导率为5.88×105S/m的导电银浆。
3.根据权利要求2所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述扇形柱体为空心的扇形柱体，具体包括12个空心的扇形柱体；
12个空心的所述扇形柱体等间隔设于所述同心圆环柱体的外表面。
4.根据权利要求3所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，相邻的两个所述扇形柱体之间的角度为旋转角；一个所述扇形柱体的扇形角度大于所述旋转角。
5.根据权利要求4所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述扇形柱体的环宽与所述同心圆环柱体的环宽相等。
6.根据权利要求1-5任一项所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述介质层的材质为相对介电常数为2.9，损耗正切为0.02的光敏树脂材料。
7.根据权利要求6所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属薄膜层的材质为铜金属。
8.根据权利要求7所述的三维结构的多频超材料吸波体，其特征在于，所述金属薄膜层的长度与所述介质层的长度相等，所述金属薄膜层的宽度与所述介质层的宽度相等。
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