搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计

程用志 聂彦 龚荣洲 王鲜

引用本文:
Citation:

基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计

程用志, 聂彦, 龚荣洲, 王鲜

Design of an ultrathin and wideband metamaterial absorber based on resistance film and fractal frequency selective surface

Cheng Yong-Zhi, Nie Yan, Gong Rong-Zhou, Wang Xian
PDF
导出引用
  • 设计了一种基于一阶Minkowski分形双方环(Minkowski fractal double square loop, MFDSL)电谐振器结构与电阻膜复合的超薄、 宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体. 该吸波体的基本结构单元由MFDSL电谐振器结构、方块电阻膜、电介质基板和金属背板组成. 采用时域有限差分算法对这种复合结构吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟分析. 模拟得到的反射率和吸收率表明: 该吸波体在7.5-42 GHz之间对入射电磁波具有大于90%以上的强吸收特性. 模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性. 进一步的数值模拟结果表明, 该复合结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电磁谐振和电路谐振机制, 通过方块电阻的设计可以实现工作频率范围的调节.
    An ultrathin, wideband, polarization-insensitive and wide-angle metamaterial absorber is presented, which is based on one order Minkowski fractal double square loop (MFDSL) electric resonator structure and resistance film. The unit cell of this absorber consists of MFDSL, square resistance film, dielectric substrate and metal ground plane. The simulations and analyses of electromagnetic absorbing properties of this composite structure absorber are performed by the finite-difference time-domain method. The simulated reflection and absorption indicate that the absorption of the composed structure absorber is greater than 90% in a frequency range of 7.5-42 GHz. The simulated absorptions under different polarization conditions and incident angles indicate that this composite structure absorber is polarization-insensitive and of wide-angle. The further numerical simulation results indicate that the absorption of this absorber originates mainly from the absorbing mechanism of electromagnetic resonance and circuit resonance, the operation frequency range can also be adjusted by the design of the square resistance.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20090142120003)和国家自然科学基金(批准号:51207060)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20090142120003) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51207060).
    [1]

    Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77

    [2]

    Cui W Z, Ma W, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterials and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p8 (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德, 张洪太 2008电磁超介质及其应用 (北京:国防工业出版社)第8页]

    [3]

    Parazzoli C G, Greegor R B, Li K, Koltenbah B E C 2003 Phys. Rev. Lett. 90 107401

    [4]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. lett. 85 3966

    [5]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [6]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [7]

    Cheng Y Z, Xiao T, Yang H L, Xiao B X 2010 Acta Phys. Sin. 59 536 (in Chinese) [程用志, 肖婷, 杨河林, 肖柏勋2010物理学报 59 536]

    [8]

    Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104

    [9]

    Grant J, Ma Y, Saha S, Khalid A, Cumming D R S 2011 Opt. Lett. 36 3476

    [10]

    Hao J M, Wang J, Liu X L, Padilla W J, Zhou L, Qiu M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 251104

    [11]

    Ding P, Liang E, Cai G, Hu W Q, Fan C Z, Xue Q Z 2011 J. Opt. 13 075005

    [12]

    Gu S, Barrett J P, Hand T H, Popa B I, Cummer S A 2010 J. Appl. Phys. 108 064913

    [13]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Zhou H, Xu Z, Bai P, Peng W D, Lin B Q 2010 Chin. Phys. Lett. 27 117802

    [14]

    Filippo C, Agostino M, Giuliano M 2010 IEEE Trans. Anten. Propag. 58 1551

    [15]

    Shen X P, Cui T J, Ye J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 058101 (in Chinese) [沈晓鹏, 崔铁军, 叶建祥2012物理学报 61 058101]

    [16]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Xu Z, Lin B Q, Zhou H, Bai P, Gu W, Peng W D, Ma H 2011 Acta Phys. Sin. 60 087802 (in Chinese) [顾超, 曲少波, 裴志斌, 徐卓, 林宝勤, 周航, 柏鹏, 顾魏, 彭卫东, 马华 2011物理学报 60 087802]

    [17]

    Sun L K, Cheng H F, Zhou Y J, Wang J, Pang Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 108901 (in Chinese) [孙良奎, 程海峰, 周永江, 王军, 庞永强2011物理学报 60 108901]

    [18]

    Cheng Y Z, Wang Y, Nie Y, Zheng D H, Gong R Z, Xiong X, Wang X 2012 Acta Phys. Sin. 61 134103 (in Chinese) [程用志, 王莹, 聂彦, 郑栋浩, 龚荣洲, 熊炫, 王鲜2012物理学报 61 134103]

  • [1]

    Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77

    [2]

    Cui W Z, Ma W, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterials and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) p8 (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德, 张洪太 2008电磁超介质及其应用 (北京:国防工业出版社)第8页]

    [3]

    Parazzoli C G, Greegor R B, Li K, Koltenbah B E C 2003 Phys. Rev. Lett. 90 107401

    [4]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. lett. 85 3966

    [5]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [6]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J, Smith D R, Padilla W J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [7]

    Cheng Y Z, Xiao T, Yang H L, Xiao B X 2010 Acta Phys. Sin. 59 536 (in Chinese) [程用志, 肖婷, 杨河林, 肖柏勋2010物理学报 59 536]

    [8]

    Landy N I, Bingham C M, Tyler T, Jokerst N, Smith D R, Padilla W J 2009 Phys. Rev. B 79 125104

    [9]

    Grant J, Ma Y, Saha S, Khalid A, Cumming D R S 2011 Opt. Lett. 36 3476

    [10]

    Hao J M, Wang J, Liu X L, Padilla W J, Zhou L, Qiu M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 251104

    [11]

    Ding P, Liang E, Cai G, Hu W Q, Fan C Z, Xue Q Z 2011 J. Opt. 13 075005

    [12]

    Gu S, Barrett J P, Hand T H, Popa B I, Cummer S A 2010 J. Appl. Phys. 108 064913

    [13]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Zhou H, Xu Z, Bai P, Peng W D, Lin B Q 2010 Chin. Phys. Lett. 27 117802

    [14]

    Filippo C, Agostino M, Giuliano M 2010 IEEE Trans. Anten. Propag. 58 1551

    [15]

    Shen X P, Cui T J, Ye J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 058101 (in Chinese) [沈晓鹏, 崔铁军, 叶建祥2012物理学报 61 058101]

    [16]

    Gu C, Qu S B, Pei Z B, Xu Z, Lin B Q, Zhou H, Bai P, Gu W, Peng W D, Ma H 2011 Acta Phys. Sin. 60 087802 (in Chinese) [顾超, 曲少波, 裴志斌, 徐卓, 林宝勤, 周航, 柏鹏, 顾魏, 彭卫东, 马华 2011物理学报 60 087802]

    [17]

    Sun L K, Cheng H F, Zhou Y J, Wang J, Pang Y Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 108901 (in Chinese) [孙良奎, 程海峰, 周永江, 王军, 庞永强2011物理学报 60 108901]

    [18]

    Cheng Y Z, Wang Y, Nie Y, Zheng D H, Gong R Z, Xiong X, Wang X 2012 Acta Phys. Sin. 61 134103 (in Chinese) [程用志, 王莹, 聂彦, 郑栋浩, 龚荣洲, 熊炫, 王鲜2012物理学报 61 134103]

  • [1] 张建国, 易早, 康永强, 任浩, 王文艳, 周婧璠, 郝慧珍, 常会东, 高英豪, 陈亚慧, 李艳娜. 局域表面等离子体谐振辅助的高效率宽频带可调谐偏振转换超表面. 物理学报, 2022, 71(12): 128101. doi: 10.7498/aps.70.20220288
    [2] 张建国, 易早, 康永强, 任浩, 王文艳, 周婧璠, 郝慧珍, 常会东, 高英豪, 陈亚慧, 李艳娜. 局域表面等离子体谐振辅助的高效率宽频带可调谐偏振转换超表面. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220288
    [3] 王俊萍, 张文慧, 李瑞鑫, 田龙, 王雅君, 郑耀辉. 宽频带压缩态光场光学参量腔的设计. 物理学报, 2020, 69(23): 234204. doi: 10.7498/aps.69.20200890
    [4] 赵宇婷, 李迎松, 杨国辉. 基于电路模拟吸收体的宽带吸波型频率选择表面设计. 物理学报, 2020, 69(19): 198101. doi: 10.7498/aps.69.20200641
    [5] 刘宸, 孙宏祥, 袁寿其, 夏建平. 基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应. 物理学报, 2016, 65(4): 044303. doi: 10.7498/aps.65.044303
    [6] 惠忆聪, 王春齐, 黄小忠. 基于电阻型频率选择表面的宽带雷达超材料吸波体设计. 物理学报, 2015, 64(21): 218102. doi: 10.7498/aps.64.218102
    [7] 李勇峰, 张介秋, 屈绍波, 王甲富, 陈红雅, 徐卓, 张安学. 宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证. 物理学报, 2014, 63(8): 084103. doi: 10.7498/aps.63.084103
    [8] 王丛屹, 徐成, 伍瑞新. 用最小结构单元频率选择表面实现大入射角宽频带的透波材料. 物理学报, 2014, 63(13): 137803. doi: 10.7498/aps.63.137803
    [9] 徐永顺, 别少伟, 江建军, 徐海兵, 万东, 周杰. 含螺旋单元频率选择表面的宽频带强吸收复合吸波体. 物理学报, 2014, 63(20): 205202. doi: 10.7498/aps.63.205202
    [10] 夏步刚, 张德海, 孟进, 赵鑫. 毫米波二阶分形频率选择表面寄生谐振的抑制. 物理学报, 2013, 62(17): 174103. doi: 10.7498/aps.62.174103
    [11] 程用志, 王莹, 聂彦, 郑栋浩, 龚荣洲, 熊炫, 王鲜. 基于电阻型频率选择表面的低频宽带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2012, 61(13): 134102. doi: 10.7498/aps.61.134102
    [12] 周航, 屈绍波, 彭卫东, 王甲富, 马华, 张东伟, 张介秋, 柏鹏, 徐卓. 一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面. 物理学报, 2012, 61(10): 104201. doi: 10.7498/aps.61.104201
    [13] 程用志, 聂彦, 龚荣洲, 郑栋浩, 范跃农, 熊炫, 王鲜. 基于超材料与电阻型频率选择表面的薄型宽频带吸波体的设计. 物理学报, 2012, 61(13): 134101. doi: 10.7498/aps.61.134101
    [14] 王珊珊, 高劲松, 梁凤超, 王岩松, 陈新. 多频段十字分形频率选择表面. 物理学报, 2011, 60(5): 050703. doi: 10.7498/aps.60.050703
    [15] 顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 林宝勤, 周航, 柏鹏, 顾巍, 彭卫东, 马华. 基于电阻膜的宽频带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2011, 60(8): 087802. doi: 10.7498/aps.60.087802
    [16] 王友文, 邓剑钦, 文双春, 唐志祥, 傅喜泉, 范滇元. 宽频带光束非线性热像效应的实验研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1738-1744. doi: 10.7498/aps.58.1738
    [17] 李宏成, 王瑞兰, 魏 斌, 郑东宁. 高温超导膜微波表面电阻Rs对微波滤波器插入损耗的贡献. 物理学报, 2005, 54(1): 359-363. doi: 10.7498/aps.54.359
    [18] 汪 渊, 徐可为. Cu-W薄膜表面形貌的分形表征与电阻率. 物理学报, 2004, 53(3): 900-904. doi: 10.7498/aps.53.900
    [19] 吴柏枚, 蒋克寒, 王东进, 盛奕键, 杜英磊. YBa2Cu3O7-δ超导厚膜在35GHz频率的毫米波表面电阻. 物理学报, 1995, 44(4): 646-652. doi: 10.7498/aps.44.646
    [20] 超声处理组. 宽频带夹芯式压电换能器. 物理学报, 1976, 25(1): 85-87. doi: 10.7498/aps.25.85
计量
  • 文章访问数:  7940
  • PDF下载量:  1965
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-13
  • 修回日期:  2012-09-26
  • 刊出日期:  2013-02-05

/

返回文章
返回