基于互补屏的极化分离结构设计研究

以互补频率选择表面 (CFSS)结构的强耦合作用为基础, 设计一种具有极化分离作用的频率选择表面 (PSS), 当容性表面与感性表面沿周期排布方向具有横向位移时, CFSS成为具有TM带通、TE带阻的极化分离结构. 建立等效电路模型分析PSS结构极化分离原理, 采用耦合积分方程法计算极化分离结构的传输特性以及容性表面和感性表面的电场分布. 理论分析与实验测试结果均表明: PSS具有良好的极化分离特性和角度稳定性, 为极化波产生器和极化分离结构的设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 极化选择 互补屏频率选择表面     

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

基于电阻型频率选择表面(Resistance Frequency Selective Surface, RFSS) 设计了一种低频宽带、 极化不敏感和宽入射角特性的超材料吸波体. 该吸波体的基本单元由开槽十字型平面超材料(Cave Cross Planar Metamaterial, CCPM)、 RFSS、 电介质基板和金属背板组成. 采用FDTD方法数值模拟得到的结果表明: 相比于单纯的CCPM吸波体、 RFSS吸波体, CCPM和RFSS复合结构吸波体低频吸收特性得到极大改善, 在整个1-5 GHz频率范围内, 吸收率大于80%, 吸收峰值达到98%以上. 数值模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该复合结构吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.     

用最小结构单元频率选择表面实现大入射角宽频带的透波材料

不同于传统的频率选择表面(FSS),最小单元频率选择表面(mFSS)的工作频率取决于其基本结构单元中金属结构的内禀电容和电感,而不是单元的结构共振频率.本文围绕用mFSS构建带通型透波材料,在分析了金属缝隙和金属线的内禀电容和电感的基础上,构建了以金属缝隙和金属线为基本单元的透波材料模型,研究了mFSS单元结构参数、等效电路参数和电波入射角对透波性能和带宽的影响,设计制备了工作在10 GHz的透波材料.研究结果表明;这种透波材料具有工作频带宽,对电磁波入射角度和极化方向不敏感等优点,在垂直入射时的-1 dB带宽达到40%,即使在大入射角(60?)下依然有很好的传输性能,-1 dB带宽接近20%.实际制备的透波材料样品的测试结果和与理论计算结果相一致.mFSS的上述特性极大扩展了透波材料的应用场合,特别适用于雷达罩和天线罩等应用.     

一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面

通常频率选择表面雷达罩借助其几何外形, 将带外信号反射到远离来波的方向, 从而实现隐身. 然而随着多基雷达反隐身技术的发展, 这种反射信号仍然可以被侦测到. 针对这一难题, 提出一种加载电阻膜吸波材料的新型频率选择表面. 该频率选择表面在低频工作带通内, 不仅对大入射角和不同极化电磁波具有稳定的带通特性, 而且在高频带外对电磁波表现出吸收特性, 可以将探测信号吸收掉, 从而大大降低被反隐身多基雷达探测的风险. 另外, 由于吸波材料的作用, 使得频率选择表面的栅瓣也得到了很好的压制, 降低了栅瓣对频率选择表面工作频带的干扰.     

基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计

设计了一种基于一阶Minkowski分形双方环(Minkowski fractal double square loop, MFDSL)电谐振器结构与电阻膜复合的超薄、 宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体. 该吸波体的基本结构单元由MFDSL电谐振器结构、方块电阻膜、电介质基板和金属背板组成. 采用时域有限差分算法对这种复合结构吸波体的电磁波吸收特性进行数值模拟分析. 模拟得到的反射率和吸收率表明: 该吸波体在7.5-42 GHz之间对入射电磁波具有大于90%以上的强吸收特性. 模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性. 进一步的数值模拟结果表明, 该复合结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电磁谐振和电路谐振机制, 通过方块电阻的设计可以实现工作频率范围的调节. 关键词： 电阻膜 分形频率选择表面 宽频带吸收     

宽带透射吸收极化无关超材料吸波体

提出了一种新的基于磁性吸波体材料的具有低频透射和高频宽带吸收特性的超材料吸波体.该超材料吸波体在1 GHz的透射系数为-0.5 dB,具有较好的低频透射特性,可以实现对低频信号的相互通信;在频率大于8.4 GHz的频段,吸收率均大于80%,基本覆盖整个X波段和Ku波段,实现高频宽带吸收.此外,由于该超材料吸波体的单元金属周期结构具有较好的四重旋转对称性,因而是极化无关的.该透射吸收超材料吸波体设计简单,实用性强,具有较强的潜在应用价值.     

利用集总LC元件实现频率选择表面极化分离的特性

基于电磁局域谐振的路谐振理论, 将集总LC器件加载到工字形周期阵列中, 设计了一种新型频率选择表面极化分离结构. 利用等效电路法分析了不同极化时该结构的作用机制, 并采用全波分析法研究了极化方式、入射角度和集总参数对其传输特性的影响.结果表明: 所设计的结构在6.37 GHz附近具有良好的极化分离特性; 在0°–40°扫描范围内, 横电(TE) 和横磁(TM) 极化下结构传输特性均保持稳定; 通过调控集总元件LC值, 该结构在保持 TE极化方向传输特性不变的同时, 可以实现对TM传输特性的独立调节, 使设计更加灵活.该结构为极化分离器以及极化波产生器的设计提供了借鉴. 关键词： 频率选择表面 极化分离器 集总电容 集总电感     

基于电路模拟吸收体的宽带吸波型频率选择表面设计

设计了一种加载集总电阻的单极化低频透射吸波型频率选择表面(absorptive frequency selective surface,AFSS).该结构由二维有耗频率选择表面(FSS)阻抗屏和三维带阻FSS级联组成.利用集总电阻加载的容性FSS和高选择性的三维宽阻带FSS实现了超宽带通响应以及低剖面、高选择性特性.仿真结果显示设计的吸波型频率选择表面通带为1—3.5 GHz,吸波频段为6.6—11.6 GHz,通带与吸波频段的过渡带比为1.9.最后制作实物进行了实验验证,测试结果与仿真基本一致,充分验证了设计的有效性和正确性.     

基于金属线阵列嵌入的低频宽带电路模拟吸波体设计

由于等效电阻谐振条件限制, 传统的单层电路模拟吸波体(CA)结构在低频段不能形成多个谐振点. 为了突破这个限制, 本文提出了一种金属线阵列嵌入的单层CA结构. 该结构在低频段形成了双谐振峰吸收, 拓展了吸波频带. 采用准静态模型, 分析金属线阵列嵌入的单层CA结构内的电磁波的散射. 分析结果表明, 金属线阵列的嵌入使结构的介质层在低频激发等离子体谐振. 在该谐振频率点, 结构形成额外吸收峰, 该吸收峰和单层CA结构原有的吸收峰一起实现了双峰吸收. 实验和FDTD数值计算结果相符合, 结果表明该结构在不增加厚度的前提下, 扩展了低频段的吸波频段. 关键词： 金属线阵列 宽带吸波 电路模拟吸波体 电阻型频率选择表面     

光学透明频率选择表面的设计研究

以氟化镁为基底材料, 采用基底、金属网栅与频率选择表面一体化设计方法设计了一种雷达波与光学波段双带通的结构. 利用模式匹配法对设计结构的传输特性进行了仿真研究, 并将设计结果与制备样件的测试结果进行了对比分析. 结果发现: 采用一体化设计的方法设计光学透明频率选择表面, 不仅能够快速得到电场基函数而且还能够准确预估其谐振尺寸, 从而在提高计算效率的同时避免了模式互作用零点的出现. 采用一体化设计方法获得了具有稳定滤波特性的光学透明频率选择表面, 为雷达/红外双模制导头罩的电磁屏蔽技术和隐身技术提供了一种有效技术方案. 关键词： 复合制导 频率选择表面 金属网栅 一体化设计     

Frequency selective surface with better polarization-independency for arbitrary incident angle

This paper investigates the frequency-selective property of a planar layer consisting of period arrays both theoretically and experimentally for different polarizations at arbitrary incident angle. The novel element is designed by loading the rectangular microstrip element with L-shaped conducting patch at its two ends. Based on the spectral-domain method, the frequency response including angle effect and polarization effect of the frequency selective surface (FSS) structure are analysed and the plots of the frequency versus transmission coefficient are obtained. As a result of the numerical analysis, it is shown that if the source polarization is changed, polarization-independence of previous FSS design can be achieved only for normal incidence, which limits most FSS applications. But in our proposed structure, the better polarization-independency for arbitrary incident angle can be achieved. It is observed that the simulated result comes very close to the experimental result.     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

Broadband visible metamaterial absorber based on a three-dimensional structure

In this paper, a broadband metamaterial absorber is successfully designed by a three-dimensional structure. And the three-dimensional absorber is just obtained by a two-dimensional structure which rotates 90°along x-axis. The simulated results show that the absorption of the three-dimensional metamaterial absorber is much better than the two-dimensional absorber. Moreover, the absorber is polarization-sensitive for the incident electromagnetic waves due to the asymmetry of the structure. Compared with the Y-polarization wave, the proposed absorber can realize broadband absorption with greater than 90% from 355.6 to 737.7 THz for X-polarized wave. Finally, based on the analysis of the electric field and surface current distributions, it can demonstrate that the localized surface plasmons and dipoles resonances will play an important role in the broadband absorption. And we believe that the metamaterial absorber will have many potential applications in emitter and energy harvesting.     

Broadband 3D isotropic negative-index metamaterial based on fishnet structure

In this paper, we numerically demonstrate a broadband 3D isotropic negative index metamaterial (NIM) at microwave frequency ranges, which is composed of double periodic array metallic fishnet structure (FS) etched on the six sides of a cubic dielectric substrate. The electric and magnetic L-C resonance circuit models are constructed to demonstrate the broadband resonance properties of the proposed 3D metamaterial. The finite integration technology (FIT) simulation and standard S parameters retrieval methods are used to calculate and analyze the negative characteristics, isotropy and polarization of the 3D model. The numerical results show that the negative index bandwidth is about 7 GHz and relative bandwidth can be up nearly to 63%, the negative-index pass band is independent of the polarization of incident waves and is almost the same for different oblique incident angles. Thus, the proposed metamaterial is good candidate as a broad-band 3D isotropic NIMs.     

磁单负材料板附近的原子的自发辐射场分布

本文研究了磁单负材料板附近的两能级原子通过自发辐射激发的表面模式及场强分布. 磁单负材料是有效介电常数大于零而磁导率小于零的人工微结构材料. 根据麦克斯韦方程及边界条件, 这种材料板只支持TE极化的表面模式. 本文分析了具有不同磁导率和厚度的磁单负材料板所支持的表面模的性质, 如模式数目和模式的对称性, 进而讨论了这些特性对原子自发辐射场的空间分布的影响. 结果表明原子与磁单负材料板的距离可影响辐射场中表面模的比重, 当表面模起主要贡献时, 在材料板左表面上原子辐射场呈定向发射的分布. 而材料板右表面的辐射场分布取决于表面模的对称性和比重, 如果同时存在对称和反对称的表面模, 右表面的场很弱甚至完全消失, 而如果只存在对称或反对称的表面模, 右表面会有与左表面等强度的辐射场分布. 这些性质与原子在金属表面的辐射场分布明显不同, 我们的结果对原子辐射场的空间控制以及实现简单结构的单光子源有积极意义.     

一种基于旋转调谐的超材料

数值仿真研究了一种可调谐的双开口谐振环(DSRR)超材料.在平行入射的电磁波激励下,这种DSRR单元可以在不同的频段分别表现出磁谐振和电谐振.当外加电场E与DSRR的双开口平行时,DSRR受激励得到的磁谐振和电谐振强度最大.随着DSRR超材料沿外加磁场H方向顺时针旋转,其磁谐振和电谐振频率基本保持不变,但谐振强度均发生显著下降,同时对应透射相位的突变也逐渐降低.提出的超材料调谐方法只需要简单地旋转材料,而不需要改变原有超材料单元的结构或者增加额外的激励场,极大地简化了可调谐超材料的制备及应用,在电磁开关、相位调制等方面具有潜在的应用.同时,这种简单的方法有希望应用于更高频段的超材料调谐,可以有效地拓展太赫兹频段和光频段超材料的实际应用.     

基于互补屏的主动频率选择表面设计研究

将谐振型频率选择表面负载阻抗分离可形成基于耦合机制的互补频率选择表面(CFSS). 控制容性表面单元的旋转角α, 可调节CFSS谐振频点. 以“Y”形单元为例, 利用耦合积分方程法计算了CFSS的频响特性, 并通过自由空间法测试250 mm×250 mm样件. 计算与测试结果表明: 随着 α角变化, CFSS能够实现主动变频功能, 为主动FSS设计提供借鉴. 关键词： 频率选择表面 主动频率选择表面 互补屏 耦合积分方程