三维各向异性宽带吸波超材料入射角稳定性的研究

The project focuses on the angular stability of the three-dimensional anisotropy wideband metamaterial absorber. The working mechanism of the three-dimensional anisotropy metamaterials absorber will be clarified, by analyzing the properties of three-dimensional anisotropy metamaterials based on the Bloch theory, effective medium theory as well as electromagnetic simulations. The effect on the angular stability produced by changes of shapes, dimensions and arrangement of the element, are further discussed. Furthermore, the designing method will be established. Finally, the designed three-dimensional anisotropy metamaterials will be fabricated and tested to verify the performance of angular stability. Since the proposed absorbers have unique advantages, they may find potential applications in stealth fields.

本申请重点研究三维各向异性宽带吸波超材料入射角稳定性的问题。通过理论分析三维各向异性超材料的电磁特性与吸波性能之间的物理关联，阐明三维各向异性吸波超材料的工作机制；基于介质理论、等效媒质理论和电磁仿真手段分析三维各向异性吸波超材料实现吸波的基本原理，讨论超材料结构单元形状、尺寸、排列等影响入射角稳定性的因素，并据此建立入射角稳定性吸波材料的设计原理与方法；制备三维各向异性吸波超材料，并进行性能测试，完成原理样件验证。由于吸波超材料用于隐身技术具有独特的优势，本申请研究成果预计在隐身领域具有重要的实用价值。

本项目研究完成了基于三维各向异性超材料入射角稳定性的设计。针对当前具有稳定性吸收的超材料吸波体在现代武器装备隐身技术中具有重要的地位和作用。提出了基于三维各向异性超材料实现入射角稳定性吸波的学术思想。设计了在9.0GHz-35.0GHz频带内实现吸收率高于90%且具有极化无关特性的宽带电磁吸波的设计及实验验证。在此基础上，进而设计了针对两种极化波在4.1GHz-35.0GHz的频带内实现吸收率高于85%的宽带宽角域电磁吸波的研究及实验验证。具体来说研究该三维各向异性超材料入射角稳定性的物理机制，探索三维各向异性超材料与入射角稳定性吸收间的影响规律；设计了一组宽频带宽角域吸收的超材料吸波体，研究三维各向异性超材料与传统材料的设计原理，阐明影响其吸收频率、带宽、损耗、极化与角度稳定性的各种因素，研究实现宽带宽角域吸波体的集成设计的关键技术，得出一般设计方法。最后针对实际应用，分别设计了宽带大角度超材料吸波体及宽带宽角域超材料吸波体的设计，加工制作原理器件并进行测试，验证其可行性和使用性。本项目为发展新型吸波超材料开辟一条新的技术途径，既具有非常重要的科学意义也具有重要的工程应用价值。