薄膜电磁超材料的弯曲及其对电磁性能的影响研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:you19841231
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电磁超材料作为一种人工复合材料,可通过在关键物理尺度上的独特设计而使其具备超常的物理性质,具有优秀的可设计性,应用前景广阔,涵盖民用、军事与国防等众多领域。作为主要应用形式之一,电磁超材料吸波器因其具备相对于传统吸波材料的高效吸收与结构轻薄等优势而备受青睐。而以柔性薄膜材料作为中间介质的电磁超材料吸波器在可共形与可调谐方面的优异表现,令其成为当下的研究热门。对于柔性薄膜材料,弯曲是其主要变形形式,因此研究弯曲行为对薄膜超材料的电磁性能影响具有重要的应用价值。首先,本文利用柔性材料作为中间介质,设计了一款在C波段内实现双频吸收的薄膜电磁超材料吸波器,该吸波器对极化方式不敏感,对于30°以内倾斜入射的电磁波仍然有较为理想的吸收效果。通过调节谐振单元尺寸,进而研究了谐振单元结构参数对电磁性能的影响规律。根据仿真结果,从电场强度与表面电流分布的角度分析了吸波器电磁能量的损耗机理。其次,在前文设计的超材料吸波器基础上,研究了弯曲变形对吸波器性能的影响规律。对于整体弯曲,通过计算平面状态下与不同弯曲程度的吸波器单元阵列的雷达散射截面,并使之与相同形状的金属导体形成对比,表征弯曲变形对电磁性能的影响,在谐振频点处吸波器可以有效缩减雷达散射截面。对于局部弯曲,通过建立Miura-Ori折叠模式下的多周期单元模型进行电磁学仿真,验证了电磁波倾斜入射时吸收性能变化规律的准确性,发现了谐振单元内环在双向折叠模式时的不稳定性。最后,分析了过度弯曲状态下表面金属谐振层发生断裂对吸波器性能的影响规律,计算了几个典型部位产生裂痕时的电磁性能。基于力电磁耦合的分析方法,研究了拉伸应变对电磁性能的调控能力,利用预制裂痕的方式对可调谐电磁超材料吸波器谐振单元进行优化以提高其安全性,并考虑利用介电常数可变材料来提高吸波器的可调谐范围,最终给出了一种双频可调谐吸波器的设计。
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