CN112134027A - 一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件。该器件包括多个吸收单元，多个所述吸收单元呈连续周期排列；各所述吸收单元包括金属薄膜、设置在所述金属薄膜上的介质基板以及嵌入在所述介质基板上的谐振组；所述谐振组包括横向放置的立体谐振环以及多个竖向放置的半谐振环；所述立体谐振环的四边开设有十字对称的开口；所述半谐振环设置在所述开口处；相邻两个所述吸收单元中的半谐振环构成完整的谐振环。本发明器件基于三维结构的设计，实现了工作频段内的五个频带，具有高吸收，极化不敏感，厚度薄等特性。

Description

一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件
技术领域
本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件。
背景技术
超材料是指一种新型的亚波长人工复合结构或者复合材料，拥有负折射率，逆多普勒效应等自然界天然材料所不存在的物理特性。在多年的超材料的研究中开发了多种应用领域，其中的超材料吸波体作为超材料研究的一个重要应用，并引起了科研人员的广泛关注。目前，研究人员已经提出很多超材料吸波结构，诸如极化不敏感吸波结构和宽入射角吸波结构，但是这些吸波结构的工作频率往往限制在单频或者双频中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，该器件基于三维结构的设计，实现了工作频段内的五个频带，具有高吸收，极化不敏感，厚度薄等特性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，包括多个吸收单元，多个所述吸收单元呈连续周期排列；各所述吸收单元包括金属薄膜、设置在所述金属薄膜上的介质基板以及嵌入在所述介质基板上的谐振组；所述谐振组包括横向放置的立体谐振环以及多个竖向放置的半谐振环；所述立体谐振环的四边开设有十字对称的开口；所述半谐振环设置在所述开口处；相邻两个所述吸收单元中的半谐振环构成完整的谐振环。
可选的，所述金属薄膜的材料为金属铜。
可选的，所述介质基板的材料为光敏树脂，介电常数为2.9，损耗角正切值为0.02。
可选的，所述谐振组的材料是导电银浆，导电系数为5.88×105S/m。
可选的，所述金属薄膜与所述介质基板的尺寸相同。
可选的，所述立体谐振环与所述半谐振环的厚度相同。
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：
1)本发明提出的一种基于立体谐振环相互交叉的超材料吸波体，通过嵌入在介质基板中相互交叉的谐振环构成的谐振组，能够在20GHz到40GHz的频段内产生5个不同的电磁谐振点，产生五频段的吸收效果。
2)本发明提出的一种基于立体谐振环相互交叉的超材料吸波体是对称结构，可以吸收任意极化角度的电磁波以及不同极化类型的电磁波。
3)本发明提出的一种基于立体谐振环相互交叉的超材料吸波体在极大的入射角入射的情况下仍然存在吸收效果。
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为本发明实施例吸波单元的三维结构的示意图；
图2为本发明实施例谐振组的三维示意图；
图3为本发明实施例吸波单元的正视图；
图4为本发明实施例吸波单元的侧视图；
图5为本发明实施例在电磁波垂直入射吸收率的仿真结果图；
图6为本发明实施例在65°入射角情况下斜入射的吸收率仿真结果图；
图7为本发明实施例在75°入射角情况下斜入射的吸收率仿真结果图；
图8为本发明实施例在85°入射角情况下斜入射的吸收率仿真结果图。
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基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，该器件基于三维结构的设计，实现了工作频段内的五个频带，具有高吸收，计划不敏感，厚度薄等特性。
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。
如图1-图4所示，一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，包括多个吸收单元，多个所述吸收单元呈连续周期排列。各所述吸收单元包括金属薄膜4、设置在所述金属薄膜4上的介质基板3以及嵌入在所述介质基板上的谐振组。所述谐振组包括横向放置的立体谐振环1以及多个竖向放置的半谐振环2。所述立体谐振环1的四边开设有十字对称的开口；所述半谐振环2设置在所述开口处；立体谐振环1与所述半谐振环相互交叉。相邻两个所述吸收单元中的半谐振环2构成完整的谐振环。
竖向的立体谐振环1和横向的半谐振环2都是采用的导电银浆材料，填充用的介质基板3是光敏树脂材料，铺在底层的金属薄膜4的材料是铜膜。
具体实施过程中，相应的结构设置包括：
谐振组中的横向放置的立体谐振环1整体是一个正方环结构，内部边长是a，高度是w1，厚度是t1，其中十字对称的开口大小相同，宽度为t2。整体结构与金属铜膜的距离为ha。
谐振组中竖向放置着四个结构相同的半谐振环2，半谐振环2整体为半个矩形环结构，其中内部长度为b，内部高度为h2，宽度为w2，厚度与横向立体谐振环1相同为t1。整体与金属铜膜的距离为h1，与介质基板上方边缘的距离为h3。
介质基板3整体为立方体，边长为p，厚度为h。
金属铜膜4整体为正方形薄膜，边长为p，厚度为t3。
具体实施中，是介质基板和导电银浆结构通过3d打印技术一体打印制作。然后在背面附上金属铜膜。
在具体的应用中的设置：
吸波单元的周期尺寸为p＝10mm，由金属薄膜，介质基板，谐振组三部分组成。谐振组中的横向立体谐振环1的尺寸a＝5.95mm，w1＝1.15mm，t1＝0.15mm，t2＝0.15mm，ha＝0.53mm。竖向半谐振环2的尺寸为b＝2.45mm，h2＝1.85mm，w2＝1.43mm，h1＝0.11mm，h3＝0.77mm。介质基板的厚度为h＝3.03mm。金属薄膜的厚度为t3＝0.017mm。谐振组的材料是导电银浆，导电系数为5.88×105S/m，介质基板的材料是光敏树脂，介电常数为2.9，损耗正切值为0.02，金属薄膜以金属铜为材质。
图5为通过软件仿真的吸波体在电磁波垂直入射下的吸收率仿真结果图。在20GHz到40GHz的范围内，出现了五个吸收峰，分别在22.56GHz，26.96GHz，29.98GHz，32.24GHz以及35.42GHz处。在这些频点的吸收效率保持在0.97以上，最高的达到0.995以上。
图6、图7、图8分别为电磁波在入射角为65°，75°，85°时的大角度入射的吸收率仿真结构图。从图中看出本发明在极大入射角入射的情况下依然存在极高的吸收效果。即使在入射角85°入射时，吸收率仍然有三峰可以达到80％。
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 (6)

1.一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，包括多个吸收单元，多个所述吸收单元呈连续周期排列；各所述吸收单元包括金属薄膜、设置在所述金属薄膜上的介质基板以及嵌入在所述介质基板上的谐振组；所述谐振组包括横向放置的立体谐振环以及多个竖向放置的半谐振环；所述立体谐振环的四边开设有十字对称的开口；所述半谐振环设置在所述开口处；相邻两个所述吸收单元中的半谐振环构成完整的谐振环。
2.根据权利要求1所述的基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，所述金属薄膜的材料为金属铜。
3.根据权利要求1所述的基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，所述介质基板的材料为光敏树脂，介电常数为2.9，损耗角正切值为0.02。
4.根据权利要求1所述的基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，所述谐振组的材料是导电银浆，导电系数为5.88×105S/m。
5.根据权利要求1所述的基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，所述金属薄膜与所述介质基板的尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件，其特征在于，所述立体谐振环与所述半谐振环的厚度相同。
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