本實(shí)用新型涉及微波器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器。

背景技術(shù)：

電磁超材料是指一些具有超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。利用電磁超材料，不僅可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的電磁現(xiàn)象，還可以實(shí)現(xiàn)許多奇特的自然界難以實(shí)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，例如負(fù)折射、“完美”成像和“隱身衣”等。此外，電磁超材料的許多應(yīng)用也被提出來，例如天線的小型化、存儲(chǔ)容量的擴(kuò)充、天線的隱形、超薄諧振腔以及微波器件的小型化等。這些現(xiàn)象和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)依賴于電磁超材料經(jīng)電磁輻射后可產(chǎn)生獨(dú)立可調(diào)的電響應(yīng)和磁響應(yīng)的能力。電磁波超材料吸波器也是其中重要的應(yīng)用之一，它是對(duì)特定頻率的電磁信號(hào)的傳輸控制或者損耗，為了達(dá)到這一目的，電磁波濾波結(jié)構(gòu)、電磁波吸收結(jié)構(gòu)等成為人們的研究熱點(diǎn)，這促進(jìn)了頻率選擇表面和吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究工作。吸波結(jié)構(gòu)單元以周期陣列排布的形式，具有對(duì)電磁波吸收的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁波的完美吸收，被廣泛地應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)或船艦的雷達(dá)罩上。若高折射率介質(zhì)為柔性、凝膠等人工合成的具有特定特性的介質(zhì)，則可以實(shí)現(xiàn)共形與可穿戴器件，如電磁防護(hù)服、防輻射裝等。

此外，對(duì)于電磁超材料吸波器而言，目前都是基于諧振結(jié)構(gòu)/介質(zhì)層/完整金屬板三層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)完美吸波的，在微波到可見光頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了單頻、多頻以及寬頻的完美吸收(吸收率至少大于90％)。但是在這種三層結(jié)構(gòu)的諧振單元多為金屬圖形，金屬具有較大的歐姆損耗，同時(shí)這些吸波器多數(shù)利用了金屬的歐姆損耗和熱損耗，這在太赫茲及其以上頻段大大限制其發(fā)展與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器，通過在高折射率介質(zhì)的諧振單元上涂覆高阻表面，從而實(shí)現(xiàn)增加吸波帶寬、降低品質(zhì)因數(shù)(Q值)的目的，該超材料吸波器不僅能夠展寬帶寬，還可以使吸波器的吸收率增加。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本實(shí)用新型提出的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器，包括底層反射板和至少一個(gè)諧振單元，其中，諧振單元設(shè)置在底層反射板上，至少一個(gè)諧振單元上涂覆有高阻表面。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，諧振單元的個(gè)數(shù)為16N個(gè)，每16個(gè)諧振單元以4×4的陣列形式周期排列設(shè)置在底層反射板上，N為大于3的整數(shù)。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，高阻表面為導(dǎo)電碳漿，導(dǎo)電碳漿的方阻為180ohm/sq。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，諧振單元為中間鏤空的齒輪。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，齒輪上的齒的個(gè)數(shù)為8個(gè)，且齒的尺寸均相同。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，齒輪中間的鏤空半徑為3mm，齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的圓心到齒輪的圓心距離為5mm，齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的半徑為1mm，齒與齒之間的凹槽為半圓形，凹槽的半徑為1mm，凹槽的圓心到齒輪的圓心距離為5mm，齒輪設(shè)置在底層反射板的上表面且每個(gè)齒與反射板均有接觸，導(dǎo)電碳漿涂覆在齒輪上表面的大圓環(huán)和8個(gè)小圓環(huán)上，大圓環(huán)是以齒輪的圓心作為大圓環(huán)的圓心，內(nèi)徑為3mm，外徑為3.2mm的圓環(huán)；小圓環(huán)是以齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的圓心作為小圓環(huán)的圓心，內(nèi)徑為0.8mm、外徑為1mm的圓環(huán)，導(dǎo)電碳漿的厚度為0.01mm。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，底層反射板采用多層介質(zhì)反射板。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，在微波頻段，底層反射板采用完整金屬反射板。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，多層介質(zhì)反射板為光子晶體或具有反射特性的人工結(jié)構(gòu)陣列。

作為本實(shí)用新型所述的一種基于高折射率介質(zhì)涂覆高阻表面的可拓展帶寬的吸波器進(jìn)步一步優(yōu)化方案，所述光子晶體是多層堆材結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

(1)本實(shí)用新型是基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器，通過在高折射率的諧振單元上涂覆高阻表面后，可以實(shí)現(xiàn)吸收帶寬的展寬和吸收率的提高；當(dāng)電磁波垂直入射時(shí)，通過比較兩種不同的狀態(tài)，獲得有效的可靠結(jié)果，使得吸波器的帶寬展寬，吸收率增加；

(2)本實(shí)用新型無需引入有歐姆損耗和熱損耗的金屬作為諧振單元，而是直接利用高折射率介質(zhì)作為諧振單元；因這種設(shè)計(jì)沒有金屬的歐姆損耗，故對(duì)于太赫茲頻段的吸波尤為有意義；本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)通俗易加工，設(shè)計(jì)靈活(諧振單元可以是環(huán)，也可以是其他結(jié)構(gòu))，功能性強(qiáng)等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為狀態(tài)一結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器陣列(4×4)狀態(tài)一結(jié)構(gòu)圖正視圖。

圖3為狀態(tài)二結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器陣列(4×4)狀態(tài)二結(jié)構(gòu)圖正視圖。

圖5為基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器結(jié)構(gòu)陣列電磁波垂直入射時(shí)的吸收曲線。

圖6為涂覆導(dǎo)電碳漿和銅膜的超材料吸波器陣列在電磁波垂直入射時(shí)的吸收曲線。

附圖標(biāo)記解釋：1-反射板，2-介質(zhì)，3-導(dǎo)電碳漿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

一種基于高折射率的介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器的設(shè)計(jì)及原理，可以通過在高折射率的諧振單元表面涂覆導(dǎo)電碳漿達(dá)到展寬帶寬，并且降低品質(zhì)因數(shù)(Q值)的目的。所述的超材料吸波器由結(jié)構(gòu)單元周期排列而成，其有兩種狀態(tài)：狀態(tài)一是介質(zhì)諧振吸波狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)單元包括底層反射板1和上層的高折射率諧振單元(鏤空齒輪)，狀態(tài)二是可展寬帶寬的吸波狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)單元為底層反射板，中間高折射率諧振單元(鏤空齒輪)和涂覆在諧振單元的導(dǎo)電碳漿3。

因其中n是材料的折射率，ε是材料的介電常數(shù)，μ是材料的磁導(dǎo)率，所以高折射率介質(zhì)可以是高介電常數(shù)也可以是高磁導(dǎo)率的介質(zhì)。

用作諧振單元的高折射率介質(zhì)2，可以是自然界已有的介質(zhì)，也可以是通過人工合成的具有等效的高折射率(高介電常數(shù)或高磁導(dǎo)率)超材料。高折射率介質(zhì)可以有多種形式，①μ＝1(磁導(dǎo)率)，130≤ε≤1600(介電常數(shù))；②11≤n≤40(折射率)。

上層的諧振單元為鏤空齒輪，由如鈦酸鍶(介電常數(shù)ε≈340)、共燒陶瓷(介電常數(shù)可達(dá)150)等或其他高折射率介質(zhì)構(gòu)成。

所述涂覆的高阻表面為導(dǎo)電碳漿，可以只涂覆諧振單元的某一些部分，也可以對(duì)諧振單元全部涂覆。

所述的基于高折射率介質(zhì)的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器的產(chǎn)生方法，電磁波垂直入射，狀態(tài)一的吸波是由于高折射率介質(zhì)本身的諧振引起的，狀態(tài)二的吸波是由于涂覆了高阻表面，從而有了一定的電導(dǎo)率，且高阻表面具有一定的阻值，從而實(shí)現(xiàn)了帶寬的展寬，所述帶寬展寬是指在介質(zhì)表面涂覆高阻表面與未涂覆高阻表面相比較，該超材料吸收帶寬展寬，品質(zhì)因數(shù)(Q值)下降。

所述的超材料吸波器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸波帶寬展寬，即Q值下降，且吸波率增加。

超材料吸波器的反射板，在不頻段所用反射板不同，如在微波波段反射面可用全金屬板，如銅、鋁等；而在太赫茲及光波以上頻段，反射板可采用多層介質(zhì)反射板(如光子晶體)或具有反射特性的人工結(jié)構(gòu)陣列。

超材料吸波器，其諧振單元還可以為人工合成的具有特定特性的介質(zhì)，如通過溶液配比的方法得到的凝膠型(柔性)介質(zhì)，再與柔性基板相結(jié)合可以用于共形，也可以是其他結(jié)構(gòu)(如錐形結(jié)構(gòu))實(shí)現(xiàn)寬頻吸收。

所述的基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器的產(chǎn)生方法，電磁波垂直入射，狀態(tài)一的吸波是由于高折射率介質(zhì)本身的諧振引起的，狀態(tài)二的吸波是由于涂覆了高阻表面，從而有了一定的電導(dǎo)率，且高阻表面具有一定的阻值，從而實(shí)現(xiàn)了帶寬的展寬，所述帶寬展寬是指在高折射率介質(zhì)表面涂覆高阻表面與未涂覆高阻表面相比較，該超材料吸收帶寬展寬，Q下降。

所述的基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器能夠?qū)崿F(xiàn)良好的吸波性能和帶寬展寬。

一種基于介質(zhì)諧振的涂覆高阻表面的可展寬帶寬的超材料吸波器，由若干個(gè)諧振單元周期排列而成。該種吸波器有兩種狀態(tài)，狀態(tài)一是介質(zhì)吸波狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)單元如圖1所示，底層是完整的金屬板，用于全反射，上層是高折射率的諧振單元，此處為鏤空齒輪，也可以是其他形狀的諧振單元，其陣列(4×4)如圖2所示；狀態(tài)二是展寬帶寬狀態(tài)，結(jié)構(gòu)單元如圖3所示，底層是完整金屬板，中間是諧振單元，頂層是涂覆的高阻表面，其陣列(4×4)如圖4所示。

齒輪中間的鏤空半徑r₁為3mm，齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的圓心到齒輪的圓心距離r₂為5mm，齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的半徑為1mm，齒與齒之間的凹槽為半圓形，凹槽的半徑為1mm，凹槽的圓心到齒輪的圓心距離r₂為5mm，齒輪設(shè)置在底層反射板的上表面且每個(gè)齒與反射板均有接觸，導(dǎo)電碳漿涂覆在齒輪上表面的大圓環(huán)和8個(gè)小圓環(huán)上，大圓環(huán)是以齒輪的圓心作為大圓環(huán)的圓心，內(nèi)徑為3mm，外徑r₃為3.2mm的圓環(huán)；小圓環(huán)是以齒的外輪廓所對(duì)應(yīng)圓的圓心作為小圓環(huán)的圓心，內(nèi)徑為0.8mm、外徑為1mm的圓環(huán)，導(dǎo)電碳漿的厚度為0.01mm。

如圖5所示，是超材料吸波器陣列兩種狀態(tài)工作時(shí)的吸收曲線，工作時(shí)電磁波沿負(fù)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)表示反射率，由于底層是完整反射板，所以T(ω)＝0，故A(ω)＝1-R(ω)。圖5中實(shí)線是狀態(tài)一(只有高折射率介質(zhì)作為諧振單元)的吸收曲線，其吸收率為95.65％，吸收曲線半高寬△f＝0.0965GHz，Q＝100.47；圖中虛線是狀態(tài)二(在高折射率介質(zhì)諧振單元上涂覆高阻表面)的吸收曲線，其吸收率為99.97％，吸收曲線半高寬△f＝0.5847GHz，Q＝16.20。比較狀態(tài)一和狀態(tài)二可以看出，除了有一定的頻偏，涂覆導(dǎo)電碳漿后，中心頻點(diǎn)向低頻方向移動(dòng)。狀態(tài)二的吸收率比狀態(tài)一增加了4.5％，Q也下降了6.2倍，即吸收帶寬拓展了6倍有余。因此，在高折射率介質(zhì)諧振單元上涂覆高阻表面可以有效提高吸波器的吸收率，并展寬帶寬，降低Q值。

在高折射率介質(zhì)環(huán)諧振單元上涂覆不同的薄膜，具有不同的效果。在介質(zhì)環(huán)上涂覆導(dǎo)電碳漿，可以達(dá)到拓展帶寬的效果，并且增加吸收率。但在高折射率介質(zhì)諧振單元的同樣位置上涂覆一層銅薄膜，并不能打到拓展帶寬，且增加吸收率的效果，而且高頻性能還被惡化，出現(xiàn)了不被需要的吸收頻點(diǎn)。涂覆不同材料的吸波器陣列的吸收譜與涂覆導(dǎo)電碳漿的吸波器陣列的吸收譜如圖6所示。

尤其工作在太赫茲或者光波波段，本實(shí)用新型無需在介質(zhì)上增加金屬，避免了金屬歐姆損耗和熱損耗，使之更適合于設(shè)計(jì)工作在光波和太赫茲波段。所有吸收都由高折射率的本身介質(zhì)諧振引起的，可以在較小的物理尺寸下實(shí)現(xiàn)對(duì)較低頻率電磁波的吸收；本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)通俗易加工，設(shè)計(jì)靈活(諧振單元可以是環(huán)，也可以是其他任意結(jié)構(gòu))，功能性強(qiáng)等特點(diǎn)。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說明書中的描述只是為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。