摘 要

吸波超材料是指以超材料为结构单元，能够将吸收和损耗入射电磁波的一种人工合成材料。传统超材料吸波器虽然具有易制备、吸收强的特点，但其平面的特点限制了单元结构与入射电磁波磁场的相互作用，导致了频段异常狭窄的缺点。其吸收频段较窄的性能缺陷极大地限制了它的应用。

本文主要过对传统吸波超材料进行结构的优化和调整来改良其性能。通过将超材料结构单元嵌入基体中，并使单元结构所处平面与材料表面呈垂直关系，形成立式的结构，从而可能引入超材料单元与入射电磁波的磁相互作用，扩大吸收带宽，克服平面超材料吸收带宽极窄的缺点。并使用商电磁模拟软件CST对进行反复的结构模拟和计算，得出两种不同的结构模型的超材料吸波器。仿真模拟结果显示，两种不同的结构对于8-18GHz入射电磁波具有90%以上的吸收。由于其结构具有对称性，具有对极化不敏感的特性。并针对结果进行分析，所得结果对于后续吸波超材料的研发以及引用具有重要的指导意义。

研究结果表明：通过在传统平面吸波材料中引入非平面超材料单元与入射电磁波的磁相互作用，扩大吸收带宽，可以平面超材料吸收带宽极窄的缺点

本文的特色：以硬质聚合物泡沫作为超材料结构单元的支撑材料，通过泡沫夹层中的超材料结构单元的优化来拓展其吸波性能，获得兼具优异力学性能和吸波性能的环氧吸波泡沫材料。

关键词：非平面超材料；电阻膜；带宽宽；超材料吸波器

Abstract

bsorbing metamaterial is a kind of synthetic material which can absorb and consume incident electromagnetic wave by metamaterial as structural unit. Although the traditional metamaterial absorber has the characteristics of easy fabrication and strong absorption, its planar characteristics restrict the interaction between the unit structure and the electromagnetic field of incident electromagnetic wave, which leads to the defects of the narrow frequency band. Its narrow band absorption performance greatly limits its application.

In this paper, we optimize and adjust the structure of the traditional absorbing metamaterial to improve its performance. The metamaterial structure unit is embedded in a matrix, and the unit structure plane and material surface is vertical, forming a vertical structure, which could introduce the metamaterial unit and the incident electromagnetic wave magnetic interaction, expand the absorption bandwidth, overcome planar ultra narrow bandwidth absorption material defects. By using the commercial electromagnetic simulation software CST for repeated structural simulation and calculation, two different structural models of metamaterial absorbers are obtained. The simulation results show that structures have more than 90% absorption for the incident electromagnetic wave of 8-18GHz. Because of its structural asymmetry, it is sensitive to polarization. And the results are analyzed and the results have important guiding significance for the research and development of absorbing metamaterials.

The results show that: through the traditional plane absorbing the introduction of non planar metamaterial unit and incident electromagnetic wave magnetic interaction wave materials, expand the absorption bandwidth, can solve the shortcomings of planar metamaterial absorption bandwidth narrow.

In this paper, the characteristic of rigid polymer foam as support materials of metamaterial unit, by optimizing the metamaterial structure unit of foam sandwich to expand its absorbing performance, obtained has excellent mechanical properties and microwave absorbing properties of epoxy absorbing foam material.

Key Words：Non-planar metamaterials;Resistive film; Wide band;Metamaterial absorber

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 吸波超材料的发展 1

1.3 研究的目的与意义 3

第2章 立式吸波超材料的仿真模拟 4

2.1 超材料的仿真模拟 4

2.2 超材料结构单元设计 5

2.3 仿真分析 6

2.4 本章小结 7

第三章 吸波材料的制备与测试 8

3.1 制备的实验器材和耗材 8

3.2 实验制备 8

3.3 实验样品测试与分析 10

3.4 本章小结 12

第四章 总结 14

4.1 理论总结 14

4.2 研究展望 14

参考文献 16

致 谢 17

第1章 绪论

1.1 引言

随着信息技术的发展，与之密切相关的吸波材料已经被引用到了广泛的领域中，包括通讯、电子、医疗、军事、航空航天等。吸波材料在过去几十年不断向着“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强”的综合目标发展，其中核心目标是拓展其带宽。吸波材料的吸收机理分为以下三种：介电损耗、欧姆损耗、磁损耗。铁磁性金属粉末是被广泛应用的一种吸波材料，其主要吸收机理是利用较高的磁导率产生较高的磁损耗吸收电磁波。但是现有的研究表明，传统的吸波材料的性能由于Snoek极限、加工工艺、材料密度等限制，其性能已经趋于瓶颈。

相比之下，新颖的超材料具有“厚度薄、质量轻、结构简单、可设计性强”等特点^[1,2]，而受到了吸波材料等领域的广泛关注。根据有效媒介理论^[3]，超材料的特性可以通过有效磁导率和介电常数来表征。由于超材料具有极高的可设计性，其有效磁导率和介电常数则可以通过调节调节超材料核心结构的组合方式和物理尺寸的设计来调控。这种调控方法提供了一种新的吸波材料的设计理念，通过改变超材料的结构可以设计出符合不同需要的吸波超材料。