基于Metamaterials的谐振型电磁波吸收材料

图4 PBG构成复合吸波结构的反射特性曲线

由图4，可以得出：

1）PBG结构可以用来实现薄的微波吸收体，例子中厚度为2mm，实际上吸收峰位置不变的话增大单元尺寸可以进一步压缩厚度到1mm以下；

2）选择合适的表面电阻可以达到良好的吸波性能，比如图4吸收峰在9.9GHz，-10dB带宽也达到了3GHz；

3）吸波峰对应的频率点不仅由单元尺寸、狭缝尺寸、衬底厚度决定，还由表面电阻决定。这是因为表面电阻影响了电磁波入射的感应效应，从而不仅仅对周期表面等效阻抗的实部，也对其虚部产生作用，而且这种作用随着电阻的增大而增大。正如我们在2.1节所说，在实际设计所需的结构时需要考虑这个效应来进行优化设计。

这种结构容易实现，厚度小，可以在EMC领域得到应用，而且注意到表面采用的是导电率比较高的电阻膜，这一点与红外吸波的要求接近，在设计上可以兼容。

3.2 SRRs阵列构成的吸波结构

利用商业有限元软件HFSS11进行全波仿真，采用周期单元与软件提供的主从边界结合来模拟无限周期结构，平面波正入射，电场极化方向与SRR环轴线垂直。SRR环的谐振频率主要由图3中的W、L、S决定，这里设计谐振频率大概在3GHz，取W=2mm，L=6mm，S=4mm，电阻屏厚度设为1mm，其阻抗与自由空间阻抗匹配以减小反射。仿真得到的反射与透射特性曲线如图5所示。

从图中可以看出，没有电阻屏的存在，SRR环阵列在3GHz附近存在一个谐振峰，此时能量不能透过周期结构而被全部反射。加电阻屏后SRRs谐振时原本被反射的能量将会被电阻屏吸收，从而达到吸收电磁波的目的，而电阻屏的存在不会影响周期阵列的谐振。

这样的复合吸波结构无需金属衬底，从而可以避免传统Salisbury屏在某些频带减小RCS却可能在另外的频带使得RCS增大，而且可以用于实现光学透明的电磁波吸收体。不过简单的SRRs阵列结构对来波的磁场极化敏感，且频带宽度有限。解决的方法之一是采用两个正交放置的SRR环构成周期单元，如图3（C）所示。

图5 SRR阵列与电阻屏构成复合吸波结构的电波反射/传输特性

4 结论

本文提出了利用人工周期性结构的局域共振原理设计的两种谐振型电磁波吸收材料。文中提到的新型谐振型电磁波吸收材料的吸波原理来源于适当电磁波激励下产生的电-磁局域共振原理与Salisbury屏原理的结合。两种新结构均具有尺寸相比波长很小的特点。磁谐振结构还无需金属衬底，对于实现透明吸波材料以及小型化吸波材料很有意义，可以预见，将有良好的应用前景。

文中使用有限元方法仿真分析了这两种新型吸波结构，证明了设计方案的有效性。讨论了影响吸波特性的因素。不足的是，本文中的两种模型均是谐振吸收型，频带宽度有限，这些将是笔者下一步研究要解决的内容。