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

基于集总元件的低频宽带超材料吸波体设计与实验研究

王莹 程用志 聂彦 龚荣洲

引用本文:
Citation:

基于集总元件的低频宽带超材料吸波体设计与实验研究

王莹, 程用志, 聂彦, 龚荣洲

Design and experiments of low-frequency broadband metamaterial absorber based on lumped elements

Wang Ying, Cheng Yong-Zhi, Nie Yan, Gong Rong-Zhou
PDF
导出引用
  • 提出一种基于集总元件的超材料吸波体结构设计, 并进行了理论分析和实验验证. 仿真结果表明, 该吸波体在2.5 GHz到4.46 GHz的低频带内具有吸收率超过95%、半高宽达到70.4%的良好吸收特性. 反演计算得到的等效输入阻抗表明集总元件的加入可以使该结构在较宽的频率范围内有较好的阻抗匹配特性, 介质表面能量损耗分布的模拟计算结果说明能量主要损耗在了集总电阻中, 从而实现低频宽带的吸收特性. 制备了实验样品并用自由空间法进行测试, 测试结果与模拟结果符合得较好. 进一步的实验测试结果表明FR4基板的厚度对该吸波体的吸收特性有明显的调控作用, 且对于固定参数的结构存在最佳匹配厚度.
    A structure of matematerial absorber constructed based on lumped elements is proposed, analyzed theoretically and verified experimentally. The simulated results indicate that the absorption of the proposed absorber is over 95% in the frequency range of 2.5 to 4.46 GHz, and the FWHM is 70.4%. The designed structure has a better impedance matching characteristic to the free space in a wider frequency range when loaded with lumped elements by scattering parameter retrieval calculation. It also can be found that the large loss occurs in lumped resistance, which contributes much to the low-frequency broadband absorption properties obtained by simulating the energy loss distribution of the dielectric surface. Results measured by means of the free space method agree well with the simulation. Further measured results also show that the thickness of FR4 substrate obviously has controllable effects on absorption properties of the absorber, the absorption wide band will move to lower frequency with the increase of thickness, and the optimal thickness for the structure of certain parameters also can be obtained.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金 (批准号: 20090142110004) 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. 20090142110004), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51207060).
    [1]

    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]

    [2]

    Smith D R, Pendry J B, Wiltshire M C K 2004 Science 305 788

    [3]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [4]

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

    [5]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J 2006 Science 314 977

    [6]

    Palandoken M, Grede A, Henke H 2009 IEEE Trans. Antennas Propag. 57 331

    [7]

    Gu S, Barrett J P, Hand T H 2010 J. Appl. Phys. 108 64913

    [8]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [9]

    Wang B, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 80 33108

    [10]

    Zhu B, Feng Y J, Zhao J M, Huang C, Jiang T 2010 Appl. Phys. Lett. 97 051906

    [11]

    Li Y X, Xie Y S, Zhang H W 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 95408

    [12]

    Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta. Phys. Sin. 59 6078 (in Chinese) [张燕萍, 赵晓鹏, 保石, 罗春荣 2010 物理学报 59 6078]

    [13]

    Zhu B, Feng Y J, Zhao J M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 51906

    [14]

    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

    [15]

    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]

    [16]

    Fu L, Schweizer H, Guo H 2008 Phys. Rev. B 78 115110

    [17]

    Costa F, Monorchio A, Manara G 2010 IEEE Trans Antennas Propag. 58 1551

    [18]

    Cheng Y Z, Nie Y, Gong R Z, Zheng D H, Fan Y N, Xiong X, Wang X 2012 Acta Phys. Sin. 61 134102 (in Chinese) [程用志, 聂彦, 龚荣洲, 郑栋浩, 范跃农, 熊炫, 王鲜 2012 物理学报 61 134102]

    [19]

    Cheng Y Z, Gong R Z, Nie Y, Wang X 2012 Chin. Phys. B 21 127801

    [20]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

  • [1]

    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]

    [2]

    Smith D R, Pendry J B, Wiltshire M C K 2004 Science 305 788

    [3]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [4]

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

    [5]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J 2006 Science 314 977

    [6]

    Palandoken M, Grede A, Henke H 2009 IEEE Trans. Antennas Propag. 57 331

    [7]

    Gu S, Barrett J P, Hand T H 2010 J. Appl. Phys. 108 64913

    [8]

    Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 207402

    [9]

    Wang B, Koschny T, Soukoulis C M 2009 Phys. Rev. B 80 33108

    [10]

    Zhu B, Feng Y J, Zhao J M, Huang C, Jiang T 2010 Appl. Phys. Lett. 97 051906

    [11]

    Li Y X, Xie Y S, Zhang H W 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 95408

    [12]

    Zhang Y P, Zhao X P, Bao S, Luo C R 2010 Acta. Phys. Sin. 59 6078 (in Chinese) [张燕萍, 赵晓鹏, 保石, 罗春荣 2010 物理学报 59 6078]

    [13]

    Zhu B, Feng Y J, Zhao J M 2010 Appl. Phys. Lett. 97 51906

    [14]

    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

    [15]

    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]

    [16]

    Fu L, Schweizer H, Guo H 2008 Phys. Rev. B 78 115110

    [17]

    Costa F, Monorchio A, Manara G 2010 IEEE Trans Antennas Propag. 58 1551

    [18]

    Cheng Y Z, Nie Y, Gong R Z, Zheng D H, Fan Y N, Xiong X, Wang X 2012 Acta Phys. Sin. 61 134102 (in Chinese) [程用志, 聂彦, 龚荣洲, 郑栋浩, 范跃农, 熊炫, 王鲜 2012 物理学报 61 134102]

    [19]

    Cheng Y Z, Gong R Z, Nie Y, Wang X 2012 Chin. Phys. B 21 127801

    [20]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

  • [1] 王超, 李绣峰, 张生俊, 王如志. 基于遗传算法的宽带渐变电阻膜超材料吸波器设计. 物理学报, 2024, 73(7): 074101. doi: 10.7498/aps.73.20231781
    [2] 冯奎胜, 李娜, 李桐. 有源器件混合集成的超薄超宽带可调雷达吸波体. 物理学报, 2022, 71(3): 034101. doi: 10.7498/aps.71.20211254
    [3] 高喜, 唐李光. 基于双层超表面的宽带、高效透射型轨道角动量发生器. 物理学报, 2021, 70(3): 038101. doi: 10.7498/aps.70.20200975
    [4] 冯奎胜, 李娜, 李桐. 有源器件混合集成的超薄超宽带可调雷达吸波体. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211254
    [5] 胥强荣, 沈承, 韩峰, 卢天健. 一种准零刚度声学超材料板的低频宽频带隔声行为. 物理学报, 2021, 70(24): 244302. doi: 10.7498/aps.70.20211203
    [6] 翟世龙, 王元博, 赵晓鹏. 基于声学超材料的低频可调吸收器. 物理学报, 2019, 68(3): 034301. doi: 10.7498/aps.68.20181908
    [7] 高强, 王晓华, 王秉中. 基于宽带立体超透镜的远场超分辨率成像. 物理学报, 2018, 67(9): 094101. doi: 10.7498/aps.67.20172608
    [8] 宁仁霞, 鲍婕, 焦铮. 基于石墨烯超表面的宽带电磁诱导透明研究. 物理学报, 2017, 66(10): 100202. doi: 10.7498/aps.66.100202
    [9] 李唐景, 梁建刚, 李海鹏. 基于单层反射超表面的宽带圆极化高增益天线设计. 物理学报, 2016, 65(10): 104101. doi: 10.7498/aps.65.104101
    [10] 侯海生, 王光明, 李海鹏, 蔡通, 郭文龙. 超薄宽带平面聚焦超表面及其在高增益天线中的应用. 物理学报, 2016, 65(2): 027701. doi: 10.7498/aps.65.027701
    [11] 韩江枫, 曹祥玉, 高军, 李思佳, 张晨. 一种基于超材料的宽带、反射型90极化旋转体设计. 物理学报, 2016, 65(4): 044201. doi: 10.7498/aps.65.044201
    [12] 李勇峰, 张介秋, 屈绍波, 王甲富, 吴翔, 徐卓, 张安学. 二维宽带相位梯度超表面设计及实验验证. 物理学报, 2015, 64(9): 094101. doi: 10.7498/aps.64.094101
    [13] 郭飞, 杜红亮, 屈绍波, 夏颂, 徐卓, 赵建峰, 张红梅. 基于磁/电介质混合型基体的宽带超材料吸波体的设计与制备. 物理学报, 2015, 64(7): 077801. doi: 10.7498/aps.64.077801
    [14] 司黎明, 侯吉旋, 刘埇, 吕昕. 基于集总元件和负微分元件的有源可调谐超材料传输线. 物理学报, 2014, 63(2): 027802. doi: 10.7498/aps.63.027802
    [15] 鲁磊, 屈绍波, 施宏宇, 张安学, 夏颂, 徐卓, 张介秋. 宽带透射吸收极化无关超材料吸波体. 物理学报, 2014, 63(2): 028103. doi: 10.7498/aps.63.028103
    [16] 李思佳, 曹祥玉, 高军, 郑秋容, 赵一, 杨群. 低雷达散射截面的超薄宽带完美吸波屏设计研究. 物理学报, 2013, 62(19): 194101. doi: 10.7498/aps.62.194101
    [17] 杨欢欢, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 李思佳, 赵一, 袁子东, 张浩. 基于电磁谐振分离的宽带低雷达截面超材料吸波体. 物理学报, 2013, 62(21): 214101. doi: 10.7498/aps.62.214101
    [18] 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
    [19] 顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 柏鹏, 彭卫东, 林宝勤. 基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2011, 60(8): 087801. doi: 10.7498/aps.60.087801
    [20] 张庆斌, 兰鹏飞, 洪伟毅, 廖青, 杨振宇, 陆培祥. 控制场对宽带超连续谱产生的影响. 物理学报, 2009, 58(7): 4908-4913. doi: 10.7498/aps.58.4908
计量
  • 文章访问数:  5492
  • PDF下载量:  1013
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-18
  • 修回日期:  2012-12-12
  • 刊出日期:  2013-04-05

/

返回文章
返回