CN112838378B - 一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，包括若干个顺次排列的吸波单元，每个吸波单元包括从下到上依次紧密贴合的导电反射层、介质层和微结构单元层，微结构单元层包含一个正方形中心以及四个分别与正方形中心四个边相连、形状大小完全相同的大分支，每个大分支末端为梯形，梯形长边与正方形中心的一边相连，每个大分支上均对称设有3组小分支，距离正方形中心由近到远依次为C组、B组、A组小分支，A组、B组、C组小分支的长度由大到小依次为B组、C组、A组，相邻两组小分支之间距离相等。该吸波器结构简单、厚度薄，在太赫兹波段有三个吸收峰且吸收率高，在雷达罩、电磁屏蔽和成像系统领域具有很大的应用潜能。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹超材料技术领域，具体涉及一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器。
背景技术
太赫兹波一般是指频率在0.1～10THz的电磁波，对应的波长范围为3～0.03mm，在宽带通信、频谱分析、探测传感、生物医学、安检成像等众多领域都具有广阔的应用前景。为了更好的利用电磁波并消除其负面影响，超材料吸波器成为一大重要器件，超材料吸波器是一种通过特殊机构和材料，可以将入射到其表面的电磁波能量转化为其他能量损耗掉的器件，其特殊性在于超材料的应用，与天然材料相比独特的电磁特性使得它在光谱检测、选择性发射器、高效太阳能转换、等离子传感器和雷达与隐形等领域都有着重大意义。
目前，无论是军用还是家用领域，超材料吸波器都有着广泛应用，例如雷达天线罩表面的吸波超材料，还有手机电视机等降低电磁辐射的吸波器，等等。现有技术的超材料吸波器多为单波段吸波器，而在太赫兹波段，多波段的完美超材料吸收器更具吸引力，是目前主要的发展方向。因此，有必要设计太赫兹波段的多波段吸收器，这样的吸波器能够明显用于雷达罩、电磁屏蔽和成像系统等领域。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其结构简单、厚度薄，具有高吸收率并且极化敏感，在太赫兹波段有三个吸收峰。
技术方案
一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，包括若干个顺次排列的吸波单元，每个吸波单元包括从下到上依次紧密贴合的导电反射层、介质层和微结构单元层，所述微结构单元层包含一个正方形中心，以及四个分别与正方形中心四个边相连的、形状大小完全相同的大分支，每个大分支的末端为梯形，梯形的长边与正方形中心的一边相连，每个大分支上均对称设有3组小分支，距离正方形中心由近到远依次为C组、B组、A组小分支，A组、B组、C组小分支的长度由大到小依次为B组、C组、A组，相邻两组小分支之间距离相等。
进一步，A组、B组、C组小分支与大分支的主干的夹角为60°。
进一步，所述微结构单元层的材料选自金属、石墨烯或ITO中的任意一种。
进一步，所述导电反射层的材料为金属或ITO中的一种。
进一步，所述介质层为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜。
进一步，所述介质层厚度为8μm。
进一步，所述导电反射层和微结构单元层的厚度均为0.15μm。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其包括若干个顺次排列的吸波单元，每个吸波单元包括从下到上依次紧密贴合的导电反射层、介质层和微结构单元层，微结构单元层具有独特的结构，可以在0-2THz频段得到3个吸收峰，底部导电反射层的材料为具有强电磁波反射作用的金属或ITO，可以保证无电磁波透射，进入到吸波体内部的电磁波在介质损耗和欧姆损耗的作用下被全部损耗掉，本发明的超材料太赫兹吸波器结构简单、厚度薄、利于集成以及具有柔性，在太赫兹波段有三个吸收峰且吸收率高，在雷达罩、电磁屏蔽和成像系统等领域具有很大的应用潜能。
附图说明
图1为实施例1超材料太赫兹吸波器的吸波单元的三维结构示意图；
图2是实施例1超材料太赫兹吸波器的吸波单元的的正视图；
图3是实施例1超材料太赫兹吸波器的阵列图；
图4是实施例1超材料太赫兹吸波器在TE模式下THz波段的吸收特性曲线图；
图中，1-微结构单元层；2-介质层；3-导电反射层；4-C组小分支；5-B组小分支；6-A组小分支。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述说明。
实施例1
如图1-3，一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，包括若干个顺次排列的吸波单元，每个吸波单元包括从下到上依次紧密贴合的导电反射层层3、介质层2和微结构单元层1，所述微结构单元层包含一个正方形中心，以及四个分别与正方形中心四个边相连的、形状大小完全相同的大分支，每个大分支的末端为梯形，梯形的长边与正方形中心的一边相连，每个大分支上均对称设有3组小分支，距离正方形中心由近到远依次为C组小分支4、B组小分支5、A组小分支6，每组小分支的长度不等，相邻两组小分支之间距离相等。
本实施例中，所述介质层为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜，厚度为8μm；导电反射层和微结构单元层由电导率为5.8×107S/m，厚度均为0.15μm的金属铜构成；A组、B组、C组小分支与大分支的主干的夹角为60°。该超材料太赫兹吸波器，对应的单元周期为g＝120μm，其余的参数结构为w＝5μm，a＝6μm，b＝39μm，c＝29μm，e＝5μm，L＝100μm。
采用CST微波工作室对实施例1的超材料太赫兹吸波器进行仿真测试，图4是实施例1的超材料太赫兹吸波器在TE模式下THz波段的吸收特性曲线图，由图4可以看出，本发明的超材料太赫兹吸波器在0.55THz、1.21THz和1.65THz频率处对应吸收率分别为99.9％、84.9％和80.2％。
上述超材料太赫兹吸波器的制备方法：以镀膜的方式先在介质层的两面镀上厚度为0.15微米的导电反射层，然后在微结构单元所在一面采用化学刻蚀的方式刻蚀出上述微结构单元的结构，得到吸波单元，将多个吸波单元顺次排列到一起，得到超材料太赫兹吸波器。
Claims (5)
1.一种基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，包括若干个顺次排列的吸波单元，其特征在于，每个吸波单元包括从下到上依次紧密贴合的导电反射层、介质层和微结构单元层，所述微结构单元层包含一个正方形中心，以及四个分别与正方形中心四个边相连的、形状大小完全相同的大分支，每个大分支的末端为梯形，梯形的长边与正方形中心的一边相连，每个大分支上均对称设有3组小分支，距离正方形中心由近到远依次为C组、B组、A组小分支，A组、B组、C组小分支的长度由大到小依次为B组、C组、A组，相邻两组小分支之间距离相等；所述介质层厚度为8μm；所述导电反射层和微结构单元层的厚度均为0.15μm。
2.如权利要求1所述基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其特征在于，A组、B组、C组小分支与大分支的主干的夹角为60°。
3.如权利要求1所述基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其特征在于，所述微结构单元层的材料选自金属、石墨烯或ITO中的任意一种。
4.如权利要求1所述基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其特征在于，所述导电反射层的材料为金属或ITO中的一种。
5.如权利要求1所述基于Salisbury屏结构的三波段太赫兹吸波器，其特征在于，所述介质层为介电常数为2.88、损耗角正切0.0032的聚酰亚胺薄膜。
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