基于电磁超材料太赫兹吸收体的设计与仿真

摘要

电磁超材料是一种新型的人工复合材料，其结构一般由亚波长尺寸的周期单元构成。该材料具有天然材料所不具备的超常物理特性，在隐身、传感、天线等领域具有广阔的应用空间和应用前景。在军事领域，太赫兹雷达系统的飞速发展使得传统隐身技术已不能满足战争中反雷达探测的要求，而电磁超材料的出现将为太赫兹隐身材料技术的实现提供关键的技术条件。目前，研究者们已经将电磁超材料应用于太赫兹隐身技术的材料设计中，制备了一系列太赫兹吸收体。但目前，基于电磁超材料太赫兹吸收体还存在吸波效率低、带宽窄、结构复杂等缺点。 本论文以实现太赫兹隐身技术为主要应用目标，探索基于不同结构的宽带和多频带电磁超材料太赫兹吸收体的设计方法，研究宽带和多频带吸收体对太赫兹波吸收特性。本论文的主要研究内容及结果概括如下: 1.在分析方形和圆环基元结构参数对太赫兹吸收性能的影响规律之上，提出了基于双同和双异复合结构的宽带超材料太赫兹吸收体，利用CST Microwave电磁仿真软件对吸收体进行仿真计算，仿真结果表明: (1)太赫兹波正入射到吸收体结构中时，双同复合结构宽带超材料太赫兹吸收在中心频率为1.901THz处的带宽为0.642THz;双异复合结构宽带超材料太赫兹吸收体在中心频率为2.041THz处的带宽为0.722THz。 (2)计算和分析了不同入射角度和不同偏振角度下的吸收光谱，得出两种宽带吸收体均具有偏振不敏感特性和广角特性。 (3)通过分析各个共振频率处的磁场强度和表面电流分布可知，吸收体的带宽吸收特性是由多个不同共振频率叠加而成。 2.提出了硅柱和空气孔多频带超材料太赫兹吸收体，利用CST Microwave仿真软件对其吸收特性分析，仿真结果表明: (1)当太赫兹波正入射到吸收体结构中时，硅柱多频带超材料太赫兹吸收体结构中有四个吸收率均大于98％的吸收峰;空气孔多频带超材料太赫兹吸收体结构中有三个吸收率均大于97％的吸收峰。 (2)计算和分析了不同入射角度和不同偏振角度下的吸收光谱，得出两种多频带吸收体均具有偏振不敏感特性，但不具备明显地广角特性。 (3)通过分析各个共振频率处磁场强度分布可知，吸收体的多频带吸收特性是由硅柱和空气孔中多种驻波模式激发产生。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1电磁超材料简介

1．2太赫兹波简介

1．3电磁超材料太赫兹吸收体的研究现状

1．4本论文的研究内容与意义

第二章基本理论概述

2．1均匀媒质理论

2．2吸收率

2．3电磁超材料Smith参数反演

2．4电磁超材料的吸收机理

2．4．1阻抗匹配

2．4．2电磁损耗机理

2．5本章小结

第三章双同复合结构宽带超材料太赫兹吸收体的研究

3．1方形基元结构的吸波特性分析

3．2双同复合结构宽带超材料太赫兹吸收体的研究

3．3仿真结果与性能分析

3．3．1吸波特性

3．3．2宽带吸收机理分析

3．3．3偏振态对吸波特性的影响

3．3．4入射角度对吸波特性的影响

3．4本章小结

第四章双异复合结构宽带超材料太赫兹吸收体的研究

4．1圆环基元结构的吸波特性分析

4．2双异复合结构宽带超材料太赫兹吸收体的研究

4．3仿真结果与性能分析

4．3．1吸波特性

4．3．2宽带吸收机理分析

4．3．3偏振态对吸波特性的影响

4．4入射角度对吸波特性的影响

4．4本章小结

第五章硅柱多频带超材料太赫兹吸收体的研究

5．1硅柱多频带超材料吸收体的研究

5．2仿真结果与性能分析

5．2．1吸波特性

5．2．2多频带吸收机理分析

5．2．3偏振态对吸波特性的影响

5．2．4入射角度对吸波特性的影响

5．3本章小结

第六章空气孔多频带超材料太赫兹吸收体的研究

6．1空气孑L多频带超材料吸收体的研究

6．2仿真结果与性能分析

6．2．1吸波特性

6．2．2多频带吸收机理分析

6．2．3偏振态对吸波特性的影响

6．2．4入射角度对吸波特性的影响

6．3本章小结

第七章总结与展望

7．1总结

7．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢