一种超材料吸波器及设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108738290A(43)申请公布日2018.11.02(21)申请号201810359756.3(22)申请日2018.04.20(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人邱克鹏骆越冯树琦张卫红(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人王鲜凯(51)Int.Cl.H05K9/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种超材料吸波器及设计方法(57)摘要本发明涉及一种超材料吸波器及设计方法，其特征在于包括介质板、金属板和具有周期构型的金属材料；介质板作为超材料吸波器的基体，置于金属板和具有周期构型的金属材料之间；所述具有周期构型的金属材料由多个单胞结构周期性重复排列组成；所述单胞结构由四个T字形旋转对称构成。本方法的超材料吸收结构。在特定频段下，结构的表面阻抗与自由空间阻抗达到了完美匹配。同时此结构具有极化不敏感特性，在不同极角下拥有很高的吸收率，且吸收峰频率稳定。在很宽的角度范围内，吸波结构对于斜入射TE和TM极化电磁波很好的吸收稳定性，实现了在宽角度下的高效吸收。CN108738290ACN108738290A权利要求书1/1页1.一种超材料吸波器，其特征在于包括介质板、金属板和具有周期构型的金属材料；介质板作为超材料吸波器的基体，置于金属板和具有周期构型的金属材料之间；所述具有周期构型的金属材料由多个单胞结构周期性重复排列组成；所述单胞结构由四个T字形旋转对称构成。2.根据权利要求1所述的超材料吸波器，其特征在于：将介质板、金属板和具有周期构型的金属材料组成的结构进行多层排列形成多层重复结构的超材料吸波器。3.根据权利要求1或2所述的超材料吸波器，其特征在于：所述介质板的厚度d的范围为0.1mm≤d≤0.5mm；所述金属板厚度t1和具有周期构型的金属材料的厚度t的范围为0.01mm≤t或t1≤0.05mm。4.根据权利要求1或2所述超材料吸波器，其特征在于：所述介质板采用玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃材料。5.一种设计权利要求1所述超材料吸波器中单胞结构的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据设计需要确定基板的材料和尺寸，金属板的材料和尺寸，具有周期构型的金属材料的材料和尺寸；采用CST电磁仿真软件计算得到与频率相关的S参数：输入反射系数S11，正向传输系数S21，反向传输系数S12，输出反射系数S22；2计算整体结构的反射率R(ω)＝|S11|2传输率T(ω)＝|S21|吸收率A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)；步骤2：定义单胞结构的初始设计域：每个单元为边长为a的正方形区域，其中设计区域为边长为b的正方形，剩余尺寸为相邻单元的间距，大小为c；将设计区域离散为7×7的正方形小方格，每个小方格边长为l，49个小方格就是设计变量；其中：3mm≤a≤8mm,2.5mm≤b≤7.5mm,0.3mm≤c≤0.7mm,0.1mm≤l≤1.0mm；将设计域划分为四个大部分，四个大部分以平面中心为轴心的90度旋转对称区域，四个大部分的设计变量对应相等；49个小方格具有固定的编号，在平面上具有固定的位置，其中四个大部分中相同编号的方格具有相同的材料属性进行合并同类项；则49个设计变量为n个设计变量；步骤3：设计优化模型为：设计变量xi表示为材料属性，i＝1,2,...,n；然后金属以1表示，空气以0表示，则将材料分布问题转化为49个小方格取值为0或1进行优化。步骤4：采用有限元积分法建立等效电磁模型，运用CST电磁仿真软件分析的到对应的S参数，再以参数通过反推计算得到结构的等效电磁参数计算出当前结构的电磁波吸收率；以单元区域的材料取值为设计变量，以最大吸收率为优化目标函数，利用遗传算法进行基于材料分布的拓扑优化设计，进而得到满足要求的电磁超材料吸波构型的单胞结构。2CN108738290A说明书1/6页一种超材料吸波器及设计方法技术领域[0001]本发明属于电磁超材料吸波器，涉及一种超材料吸波器及设计方法，具体是发明了一种新型具有完美吸波性能的多层超材料吸波器及设计方法。背景技术[0002]基于电磁超材料电磁耦合特性的超材料吸波器具有完美吸波特性，对于不同设计目标，通过设计不同超材料构型或调节关键参数改变整体吸波特性，使超材料能够应用于各个频段，使其在抗电磁干扰及电磁隐身技术等领域具有重要的应用价值。[0003]文献1“N.I.Landy,S.Sajuyigbe,J.J.Mock,D.R.SmithandW.J.Padilla.PerfectMetamaterialAbsorber[J]，PhysicalReviewLetter(2008)”公开了一种超材料吸波器的设计方法。该方