一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)184101一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备术周卓辉)刘晓来)黄大庆2)3)t康飞宇3)1)(北京化工大学理学院，北京100029)2)(北京航空材料研宄院，北京100095)3)(清华大学材料科学与工程系，北京100083)(2014年3月8曰收到；2014年5月10日收到修改稿)设计了一种十字镂空的超材料结构，与传统的铁磁吸波材料相结合，实现了低频吸收频带的扩宽．仿真结果显示，吸波体在2—4GHz范围可以实现-10dB以下的吸收，

2、相比于没有加载超材料的情况，吸收带宽扩展了0．5GHz．实验结果在2．5—5．1GHz范围内也显示了相似的吸收曲线，低于一9dB的吸收频带有0．48GHz的扩宽，扩展了23％．不同结构的能量损耗密度分布表明，相比于无镂空的十字结构，镂空十字结构可以增加磁场能量损耗，加强单元结构之间的耦合，降低超材料对传统吸波材料性能的破坏．探索了传统铁磁吸波材料厚度的变化对吸波体吸收性能的影响，发现由超材料引入的附加峰位置不随着吸波材料厚度的改变而明显地移动．根据这个结果，进一步设计了由两种超材料叠加组合而成的吸波体，仿真结果和实验结果

3、均显示，在降低了1．1mm铁磁吸波材料层厚度的情况下，使低频吸收带宽又扩展了0．9GHz．关键词：超材料，低频吸收，多频带吸收，磁性材料PACS：41．20．Jb，42．25．Bs，81．05．ZxDOI：10．7498／aps．63．184101个新的思路[2】．超材料是一种人工制造的规则排1引言列的金属周期阵列，这种材料的主要特点是能够实现负折射率、负介电常数以及负磁导率[3_5]．对低频隐身一直是武器装备远程突防的迫切需于吸波材料来说，超材料的优势是能够实现吸收求与材料研究工作的重点，特别是如何通过“薄”和频带的可

4、设计性[0，．-，通过调节超材料的金属结构“轻”的材料去实现低频的高衰减吸收是吸波材料参数[8，9l，或者调整基底材料的电磁参数都能有效研制的一大难题．然而，传统的吸波材料在低频频地移动超材料吸收频带的位置[10]．然而超材料作段的吸波性能往往表现不佳，根据四分之一波长的为吸波材料的缺点也很明显，由于其吸波机理为规律，要通过“薄”的材料实现低频的吸收，需要吸金属谐振吸收，所以本身的吸收带宽很窄【11]．近波材料具有很大的介电常数．然而大的介电常数很些年来，人们通过各种方法去扩宽超材料的吸波带可能导致阻抗匹配上的问题，不能

5、实现宽而深的吸宽[12-i~]，最常用的手段就是把不同结构参数的超收频带．同时，通过“厚”的材料虽然可以实现低频材料水平组合来实现频带的叠加[16-~8I．这种方法的吸收【，但由于应用于低频吸收的铁磁性材料的取得了一定的成果，但是根据等效媒质理论，能够密度比较大，增加厚度的结果必然导致重量方面的组合的超材料数量有限，特别是在低频频段，入射不可接受．波波长长，超材料结构本身尺寸就很大，采用超材超材料的出现为扩宽低频吸收带宽提供了一料水平组合的方法去获得低频的宽吸收就比较困国防预研基金(批准号：9140A10030110HK

6、5105)资助的课题．t通讯作者．E-mail：hdqbiam@163．com◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyt：／／wuli~b．咖hy．ac．c佗184101—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)184101超材料实现的，所以中间的附加峰就是最低层的超层厚度变化的研究结果显示，由超材料引入的低频材料实现的．通过这样的设计实现了多附加峰的叠附加峰位置并不会随着吸波材料厚度的变化而改加，进一步扩展了吸收频带．变．根据这个结论，把可以实现不同附加峰的超材

7、料结构组合起来，在降低传统吸波材料厚度的情况下，获得了一个可以实现更宽频带吸收的吸波体，使低频吸收频带进一步扩展了0．9GHz．参考文献褥巷ZhangHB，DengLW，ZhouPH，ZhangL，ChengDM2013J．App1．Phys．113013903SmithDR，PadillaWJ，VierDC，Nemat—NasserSC，SchultzS2000Phys．Rev．Lett．844184PendryJB，PendryAJ，StewartWJ1996Phys．Rev．2345678频率／GHzLett．76

8、4758PendryJB，HoldenAJ，RobbinsDJ1998J．Phys．Condens．Matter．104785ShelbyR，SmithDR，SchultzS2001Science29277ZhangYP，ZhaoXP，BaoS，LuoCR2010ActaPhys．Sin．596078(inChine