CN210535829U - 一种基于多层结构的环形超材料吸波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多层结构的环形超材料吸波器，其结构包括底层金属反射板，以及金属板上方的多层结构，其特征在于：所述多层结构，包括三层介质基板以及每层介质基板上方的谐振单元，第一层介质基板上方是金属谐振单元，第二层和第三层介质基板上方是二氧化钒谐振单元。该吸波器对于TE极化波和TM极化波都有很好的吸收效果，通过多层谐振单元之间的耦合作用，拓展吸波器的吸收带宽，实现吸波器的宽带吸收。由二氧化钒构成的谐振单元在低温时表现为介质特性，在高温时表现为金属特性。本实用新型基于多层结构，使用二氧化钒相变材料，实现吸波器在太赫兹波段的宽带可调谐吸收，本实用新型具有设计灵活、温度可调控、功能性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种环形超材料吸波器，具体的涉及一种基于多层结构的环形超材料吸波器，属于无线电通信、太赫兹器件领域。
背景技术
电磁超材料通常被定义为一类人造介质，具有自然界不具备的不寻常特性，它们由周期性亚波长金属元素阵列组成。电磁超材料的研究引起了相当的关注，并开创了一个新的科学研究领域，这是因为它们的可设计和可控的材料参数来源于电磁共振结构的人工包裹体，近年来这种结构一直在快速增长。人工电磁超材料的最新进展使得通过适当设计的介电常数和渗透性功能来控制电磁场成为可能。电磁超材料的许多外来电磁特性已经在许多领域得到了证明和应用，如负折射，完美透镜，隐形斗篷，完美吸收体等等
电磁波吸收体在材料科学和物理学方面具有很大的兴趣，并且具有许多应用领域，包括太阳能电池，等离子体激元传感器，光电探测器和热发射体。近几年来微波和太赫兹波超材料吸波器的设计、构造和测试的研究已经受到越来越多的关注，在微波频段该结构的超薄特性可共性于飞行器表面用于降低飞行器的雷达散射截面(radar crosssection，简称RCS)，目前，有关超材料吸波器的研究主要集中在多频带吸波、窄带吸收、宽带吸收、极化不敏感、宽角度入射、超薄结构设计等。
人们对二氧化钒的研究开始于1959年F.J.Morinf发现二氧化钒等氧化物具有相变特性。二氧化钒的相变温度为68℃，当外部温度发生变化时，相变材料二氧化钒的热激励将使其发生可逆的金属相绝缘相转换。目前研究相变材料比较热门的一个方向是利用其相变特性设计出具有特殊功能的光电学器件，目前已在二氧化钒光子晶体、二氧化钒光电转化开关和相变电阻等领域有所应用。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于多层结构的环形超材料吸波器，通过多层谐振单元之间的耦合作用，拓展吸波器的吸收带宽，同时使用二氧化钒相变材料作为谐振单元，通过外部温度动态调控实现吸波器在太赫兹波段的可调谐宽带吸收。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本实用新型提供一种基于多层结构的环形超材料吸波器，包括置于底层的金属反射板，所述金属反射板上方具有多层结构；所述多层结构包括至少一层介质基板，所述介质基板上方均谐振单元。
所述多层结构包括三层介质基板及各介质基板上方的谐振单元，第一层谐振单元为金属谐振单元，第二层和第三层谐振单元均为二氧化钒谐振单元，第一层谐振单元包括内外两层结构，外层结构为方形环谐振单元和圆环谐振单元组合而成，内层为两个呈中心对称的方环形谐振单元构成；第二层谐振单元由三个同心圆环谐振单元构成，第三层谐振单元由两个八边形环谐振单元和环中心的圆形谐振单元构成，且三部分呈中心对称。
本实用新型利用多层谐振单元之间的耦合作用，拓展吸波器的吸收带宽，提高吸波器的吸收性能，同时使用二氧化钒相变材料作为谐振单元，通过外部温控转换二氧化钒谐振单元的介质、金属状态，实现吸波器在太赫兹波段的动态可调谐吸收。
作为本实用新型的进一步技术方案，所述第一层谐振单元，外层的方形环谐振单元的边长为56μm，圆环谐振单元的半径为28μm，宽度均为4μm，内层的第一方形环谐振单元由边长为36μm的正方形截去半径为18μm的圆贴片得到，第二方形环谐振单元由边长为25.452μm的正方形截去半径为9μm的圆形贴片得到。
进一步的，所述第一方形环谐振单元的对角线为圆环谐振单元的中心线，所述第二方形环的四个顶点位于第一方形环谐振单元的四边中点。
进一步的，所述第二层谐振单元，三层圆环谐振单元呈不等间距分布，外层的圆环谐振单元的外径r6＝41μm，内径r5＝37μm，中间的圆环谐振单元的外径r4＝30μm，内径r3＝25.5μm，内层的圆环谐振单元外径r2＝24μm，内径r1＝18μm。
进一步的，所述第三层谐振单元，外层为边长为34μm，宽度为3μm的第一八边形环谐振单元，内层为边长为21μm，宽度为4.5μm的第二八边形环谐振单元，中心的圆形谐振单元半径为12μm。
进一步的，第一层和第三层介质基板的厚度均为1.5μm，第二层介质基板的厚度为2.5μm。
进一步的，所述二氧化钒谐振单元具有低温状态和高温状态，低温状态的温度低于68℃，所述高温状态的温度大于或等于68℃；当处于低温状态时，呈介质特性，其电导率为0.74S/m,当处于高温状态时，呈金属特性,其电导率为150000S/m。
进一步的，所述介质基板的介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。
进一步的，所述底层反射板采用金属反射板，材料为金。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本实用新型是基于多层结构的环形超材料吸波器，通过多层谐振单元之间的耦合作用，拓展吸波器的吸收带宽，实现吸波器的宽带吸收。
(2)本实用新型是基于多层结构的环形超材料吸波器，通过外部温控实现二氧化钒谐振单元金属、介质性质的转换，以此实现吸波器的动态调谐。
(3)本实用新型可以在较小的物理尺寸下实现对太赫兹电磁波的吸收，具有设计灵活、温度可调控、功能性强等特点。
附图说明
图1为本实用新型的第一层结构单元图。
图2为本实用新型的第二层结构单元图。
图3为本实用新型的第三层结构单元图。
图4为本实用新型的第一层结构单元示意图。
图5为本实用新型的第二层结构单元示意图。
图6为本实用新型的第三层结构单元示意图。
图7为本实用新型的侧视图。
图8为本实用新型的单元阵列(3×3)图。
图9为本实用新型TE模式电磁波垂直入射时的吸收曲线。
附图标记解释：1-第一层谐振单元，2-第二层谐振单元，3-第三层谐振单元，4-第一层介质基板，5-第二层介质基板，6-第三层介质基板，7-金属反射板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
一种基于多层结构的环形超材料吸波器，可以通过多层谐振单元之间的耦合作用，拓展吸波器的吸收带宽，同时使用二氧化钒相变材料作为谐振单元，通过外部温度动态调控实现吸波器在太赫兹波段的可调谐宽带吸收。所述的超材料吸波器由结构单元周期排列而成。
本实施例提出一种基于多层结构的环形超材料吸波器，其结构如图1至7所示，由底层反射板7、第一至三层介质基板4、5、6，第一层介质基板上的金属谐振单元1，第二层和第三层介质基板上的二氧化钒谐振单元2、3组成。
该吸波器的二氧化钒谐振单元通过外界温度动态控制。低温状态是温度低于68℃时的状态，此时二氧化钒谐振单元表现出介质特性，其电导率为0.74S/m，高温状态是温度高于或等于68℃时的状态，此时二氧化钒谐振单元表现为金属特性，其电导率为150000S/m。
所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器的产生方法，该吸波器对于入射的电磁波是极化敏感的，电磁波垂直入射时，高温、低温状态下吸收效果的差异是由于二氧化钒谐振单元在高温下呈现金属特性，在低温下呈现介质特性引起的。高温状态时，该吸波器实现宽带吸收，低温状态时，该吸波器实现单频点吸收。
所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器由若干个谐振单元周期排列而成。结构单元底层是完整的金属板，用于全反射，金属板上方是多层介质基板和各层介质基板上方的谐振单元，介质基板的介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027，第一层介质基板的上表面设有金属谐振单元，第二层和第三层介质基板上表面分别设有二氧化钒谐振单元。其结构单元阵列(3×3)如图8所示。
所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器，底层反射板采用金属反射板，材料为金。
所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器，能够在太赫兹波段实现良好的吸波性能。
所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器，第一层谐振单元外层为方形环和圆环组合而成的谐振单元，内层为两个方形环组成的谐振单元，外层的方形环谐振单元的边长为56μm，圆环谐振单元的半径为28μm，宽度均为4μm，内层的一个方环形谐振单元由边长为36μm的正方形截去半径为18μm的圆贴片得到，另一个方环形谐振单元由边长为25.452μm的正方形截去半径为9μm的圆形贴片得到。第二层谐振单元由三个同心圆环构成，所述的第二层谐振单元，外层的圆环谐振单元的外径r6＝41μm，内径r5＝37μm，中间的圆环谐振单元的外径r4＝30μm，内径r3＝25.5μm，内层的圆环谐振单元外径r2＝24μm，内径r1＝18μm。第三层谐振单元由两个八边环形谐振单元和环中心的圆形谐振单元构成，所述的第三层谐振单元，外层为边长为34μm，宽度为3μm的八边形环谐振单元，内层的八边形环谐振单元的边长为21μm，宽度为4.5μm，中心的圆形谐振单元半径为12μm。该吸波器的相关参数如表1所示。
表1谐振单元的相关参数
| 参数 | a | b | c | w | e | v | u |
| 数值(μm) | 56 | 28 | 4 | 0.1 | 36 | 9 | 18 |
| 参数 | r<sub>1</sub> | r<sub>2</sub> | r<sub>3</sub> | r<sub>4</sub> | r<sub>5</sub> | r<sub>6</sub> | r<sub>0</sub> |
| 数值(μm) | 18 | 24 | 25.5 | 30 | 37 | 41 | 12 |
| 参数 | d<sub>1</sub> | d<sub>2</sub> | m | n | h<sub>1</sub> | h<sub>2</sub> | h<sub>3</sub> |
| 数值(μm) | 34 | 21 | 3 | 4.5 | 1.5 | 2.5 | 1.5 |
如图9所示，是该吸波器工作时的吸收曲线，由于该吸波器对于入射的电磁波是极化敏感的，以下所述两种温度的吸收曲线均是TE模式下得到的吸收曲线，工作时电磁波沿-z方向入射。由吸收率公式A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)，R(ω)表示反射率，T(ω)表示透射率由于底层是完整金属反射板，所以T(ω)＝0，故A(ω)＝1-R(ω)。从图9中可以看出，高温状态下，该吸波器在频带4.97THz到9.98THz内的反射率低于-10dB，吸收率高于90％，其相对带宽为67.02％，具有两个较高的吸收峰，分别位于5.66THz和8.5THz，其吸收率分别为99.02％和98.53％。低温状态下，该吸波器位于7.94THz处有一个较高的吸收峰，吸收率为95.8％。
在经过特定的设计(多层结构，二氧化钒谐振单元的尺寸和形状，温度控制)后，本实用新型可实现吸波器在太赫兹波段的宽带可调谐吸收，高温状态时，其主要吸收是有金属谐振单元和二氧化钒谐振单元共同引起，低温状态时，其主要吸收是由金属谐振单元引起，可以在较小的物理尺寸下实现对较低频率电磁波的吸收，本实用新型具有设计灵活、温度可调控、功能性强等特点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：包括置于底层的金属反射板，所述金属反射板上方具有多层结构；所述多层结构包括至少一层介质基板，所述介质基板上方设有谐振单元；
所述多层结构包括三层介质基板及各介质基板上方的谐振单元，第一层谐振单元为金属谐振单元，第二层和第三层谐振单元均为二氧化钒谐振单元，第一层谐振单元包括内外两层结构，外层结构为方形环谐振单元和圆环谐振单元组合而成，内层为两个呈中心对称的方环形谐振单元构成；第二层谐振单元由三个同心圆环谐振单元构成，第三层谐振单元由两个八边形环谐振单元和环中心的圆形谐振单元构成，且三部分呈中心对称。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述第一层谐振单元，外层的方形环谐振单元的边长为56 μm，圆环谐振单元的半径为28 μm，宽度均为4 μm，内层的第一方形环谐振单元由边长为36 μm的正方形截去半径为18 μm的圆贴片得到，第二方形环谐振单元由边长为25.452 μm的正方形截去半径为9 μm的圆形贴片得到。
3.根据权利要求2所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述第一方形环谐振单元的对角线为圆环谐振单元的中心线，所述第二方形环的四个顶点位于第一方形环谐振单元的四边中点。
4.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述第二层谐振单元，三层圆环谐振单元呈不等间距分布，外层的圆环谐振单元的外径r 6=41 μm，内径r 5=37 μm，中间的圆环谐振单元的外径r 4=30 μm，内径r 3=25.5 μm，内层的圆环谐振单元外径r 2=24 μm，内径r 1=18 μm。
5.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述第三层谐振单元，外层为边长为34 μm，宽度为3 μm的第一八边形环谐振单元，内层为边长为21 μm，宽度为4.5 μm的第二八边形环谐振单元，中心的圆形谐振单元半径为12 μm。
6.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：第一层和第三层介质基板的厚度均为1.5 μm，第二层介质基板的厚度为2.5 μm。
7.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述二氧化钒谐振单元具有低温状态和高温状态；当处于低温状态时，呈介质特性，其电导率为0.74S/m,当处于高温状态时，呈金属特性,其电导率为150000 S/m。
8.根据权利要求7所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述低温状态的温度低于68 ℃，所述高温状态的温度大于或等于68 ℃。
9.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述介质基板的介电常数为3.5，损耗角正切为0.0027。
10.根据权利要求1所述的基于多层结构的环形超材料吸波器，其特征在于：所述底层的金属反射板材料为金。
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| CN (1) | CN210535829U (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111883936A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-11-03 | 浙江科技学院 | 基于超构材料的太赫兹电磁吸收器 |
| CN111900552A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-06 | 中国计量大学 | 一种具有吸收功能的温控反射式太赫兹极化转换器 |
| CN112003024A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-27 | 清华大学 | 温度调控二维全向金属-介质复合隐身器件及制作方法 |
| CN112020294A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-01 | 深圳市佳晨科技有限公司 | 超宽谱吸波材料及其制备方法 |
| CN112082968A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 西南科技大学 | 一种太赫兹微流控传感器 |
| CN112134027A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-25 | 合肥工业大学 | 一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件 |
| CN112736489A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国科学院半导体研究所 | 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器 |
| CN113241531A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-10 | 大连理工大学 | 基于二氧化钒的可调谐阵列集成宽带太赫兹吸波谐振器 |
| CN113759449A (zh) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 深圳大学 | 一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体及红外吸收器 |
| CN114623850A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 东南大学 | 谐振增强的无源耦合传感结构 |
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2019
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113759449A (zh) * | 2020-06-03 | 2021-12-07 | 深圳大学 | 一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体及红外吸收器 |
| CN113759449B (zh) * | 2020-06-03 | 2023-11-24 | 深圳大学 | 一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体及红外吸收器 |
| CN112003024A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-27 | 清华大学 | 温度调控二维全向金属-介质复合隐身器件及制作方法 |
| CN112020294A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-01 | 深圳市佳晨科技有限公司 | 超宽谱吸波材料及其制备方法 |
| CN111900552B (zh) * | 2020-08-13 | 2022-01-18 | 中国计量大学 | 一种具有吸收功能的温控反射式太赫兹极化转换器 |
| CN111900552A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-06 | 中国计量大学 | 一种具有吸收功能的温控反射式太赫兹极化转换器 |
| CN111883936A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-11-03 | 浙江科技学院 | 基于超构材料的太赫兹电磁吸收器 |
| CN112082968A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 西南科技大学 | 一种太赫兹微流控传感器 |
| CN112134027A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-25 | 合肥工业大学 | 一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件 |
| CN112736489A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国科学院半导体研究所 | 一种基于多层谐振结构的超宽带可调型太赫兹完美吸收器 |
| CN113241531A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-10 | 大连理工大学 | 基于二氧化钒的可调谐阵列集成宽带太赫兹吸波谐振器 |
| CN114623850A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 东南大学 | 谐振增强的无源耦合传感结构 |
| CN114623850B (zh) * | 2022-03-15 | 2024-01-26 | 东南大学 | 谐振增强的无源耦合传感结构 |
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