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一种基于超材料的极化无关超宽带吸波器
摘要
本文介绍了一种基于超材料的极化无关超宽带吸波器，设计和制造的过程，并对该吸波器进行了性能测试。该吸波器具有优异的电磁波吸收特性，具有宽工作频带和高吸波效率。在设计过程中，采用了多层复合超材料结构以及人工制备的金属纳米颗粒来实现极化无关性质，从而提高了吸波性能。制造过程采用了微纳加工技术，其制造精度高、重复性良好。通过测试结果发现，该吸波器在8GHz到18GHz的工作频带内具有高达99%以上的吸波效率，表现出了优异的吸波特性。
关键词：超材料，吸波器，极化无关性，微纳加工技术
Abstract
Thispaperintroducesapolarization-independentultra-widebandabsorberbasedonmetamaterials,anddescribesthedesignandmanufacturingprocessoftheabsorber,aswellasitsperformancetesting.Theabsorberhasexcellentelectromagneticwaveabsorptioncharacteristics,withawideworkingfrequencybandandhighabsorptionefficiency.Inthedesignprocess,amultilayeredcompositemetamaterialstructureandartificiallysynthesizedmetalnanoparticleswereusedtoachievepolarizationindependenceandimprovetheabsorptionperformance.Themanufacturingprocessemploysmicroandnanofabricationtechniques,whichprovidehighaccuracyandgoodreproducibility.Thetestresultsshowthattheabsorberhasanabsorptionefficiencyofover99%intheworkingfrequencyrangeof8GHzto18GHz,demonstratingsuperiorabsorptioncharacteristics.
Keywords:metamaterials,absorber,polarizationindependence,microandnanofabricationtechniques
引言
随着现代通信和雷达技术的发展，对带宽、性能和能耗等方面的要求越来越高，因此研究一种具有极佳吸波性能的超宽带吸波器已成为热门话题。现有的一些吸波器，例如单层薄膜吸波器和综合材料吸波器，具有较低的工作带宽和对入射波极化状态的敏感性。
超材料是一种由人工制造的具有特殊电磁性质的新型材料，其结构具有多个尺度，例如用于微波和毫米波范围的微型线路和微波元件。在超材料的结构中，可以通过调整其形状、几何尺寸和材料参数等来实现极好的吸波性能。近年来，基于超材料的吸波器已经引起了广泛的关注，已有许多关于该技术的研究报道。然而，在超材料的设计和制造过程中，为实现极化无关性和超宽带吸波特性，仍需解决一些技术难点。
该文介绍了一种基于超材料的极化无关超宽带吸波器的设计和制造过程，主要涉及到多层复合超材料结构和人工制备的金属纳米颗粒的应用，以及微纳加工技术成本等问题。在测试中，我们记录了该吸波器在8GHz到18GHz频段内的吸波效率。
设计
超材料吸波器的设计是基于能够吸收特定波长的材料的相位和阻抗特性。本文所述的超材料吸波器可以分为两个部分，即吸波层和介质层。吸波层通常由导电、磁性或介电特性不同的材料组成。介质层中的材料通常被选为介电常数与吸波层的介电常数相近的材料，以减少散射和反射。吸波层和介质层交替排列形成了多层复合超材料结构，该结构能够实现超宽带和极化无关的吸波效率。
依据吸波器的设计需求，我们选择了具有磁性和介电性的材料，例如Ni-Zn-Cu磁性合金和氧化镁等，以在吸波层中制备。人工合成的金属纳米颗粒用于增加增强吸波层的电磁响应。多层复合结构中的介质层采用聚合物或泡沫材料，在结构上以及实现界面平整度和良好的紧密度。因此，这种多层复合超材料结构是可用于实现超宽带吸波的。
为了实现吸波器的线性偏振特性和极化无关性，我们在每个吸波层中加入了具有特定几何尺寸的金属纳米颗粒，这些金属颗粒的几何尺寸和材料性质能够影响其局部电场分布及其入射波的响应特性，从而实现极化无关性、角度无关性和超宽带吸波性质。
制造
为制造本文所述的超材料吸波器，我们采用为微纳加工技术来实现其复杂几何