一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器制造技术

本发明专利技术公开了一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其结构包括底层金属反射板以及金属板上方的介质基板和固态等离子体谐振单元。经过特殊的设计形成一种等离子体超材料，固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，PIN单元之间有隔离层进行隔离，通过其两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励PIN单元阵列，以便得到固态等离子体。固态等离子体谐振单元有两种工作状态，激励状态和未激励状态。该等离子体超材料吸波器对TE和TM极化波都有很好的吸收效果，而且对于电磁波大角度入射有着良好的吸收效果，并通过编程方式控制固态等离子体构成的谐振单元的激励区域实现对不同谐振单元的激励，从而达到对吸波器不同频率动态调控的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器
本专利技术涉及一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，属于无线电通信、微波器件领域。
技术介绍
近年来，随着电子科学与技术的发展与进步，电磁超材料在物理学、电磁学、光学、材料学等领域都有广泛的应用前景，电磁超材料在电磁学方面一个重要的应用就是产生了电磁超材料吸波器。随着军事科技的发展，使得雷达具备全天候、抗干扰、和远程探测等能力，电磁超材料吸波器就成为了雷达的组成部分，但是现有的电磁超材料吸波器只是对特定频率的电磁波具有有效吸收，且吸收的带宽较窄，不能在整个光谱范围内达到较好吸收，当电磁波大角度入射时，吸波器的吸收性能较差。而且，传统意义上的超材料吸波器很难得到可调谐的吸收频谱，获得可调谐的吸收频谱不得不引入大量的集总元件，控制电路复杂而且不利于集成和芯片化一体制造。固态等离子体能够很好地解决这一问题，它是采用利用电或光激励的形式在半导体本征层形成的，当形成的固态等离子体内载流子浓度达到一定值时，其电导性可与金属相比拟。当未激发成固态等离子体时，其就是半导体材料表现出介质的特性，对电磁波没有响应具有低RCS的特性可实现其电磁隐身性能，因此可以用来制成可调谐/可重构的微波器件。
技术实现思路
针对电磁超材料吸波器的应用及超材料吸波器的诸多不足，本专利技术提供一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，通过可编程的逻辑阵列来控制固态等离子体的激励区域的激励状态，以此来实现对不同频率的动态调控，另外可以通过动态的改变激励区域来实现吸收频率跨越X波段和Ku波段。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设有呈对角线对称的周期排布的若干固态等离子体谐振单元；所述固态等离子体单元通过连接等离子体激励源进行激励，每个等离子体激励源的通断通过编程控制逻辑阵列进行控制；每个所述固态等离子体谐振单元包括N个三角环形固态等离子体单元构成的嵌套结构及其内部设置的三角形固态等离子体单元，其中，每个三角环形固态等离子体谐振单元分别由一个等边三角形的环形固态等离子体谐振单元截成的两个部分构成，且两个部分之间存在间隙。作为本专利技术的进一步技术方案，所述介质基板是具有损耗角正切的FR-4。作为本专利技术的进一步技术方案，所述固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，且PIN单元之间设有隔离层进行隔离。作为本专利技术的进一步技术方案，所述介质基板上设置的固态等离子体谐振单元通过等离子体柱与底层反射板连接。作为本专利技术的进一步技术方案，每个所述固态等离子体谐振单元包括3个三角环形固态等离子体单元构成的嵌套结构及其内部设置的三角形固态等离子体单元，三角形固态等离子体单元通过等离子体柱与底层反射板连接。作为本专利技术的进一步技术方案，所述介质基板上设有呈对角线对称的周期排布的四个固态等离子体谐振单元，处于对角线上的两个固态等离子体谐振单元呈中心对称且尺寸完全相同；左上角的固态等离子体谐振单元中：最外层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为21.6mm的等边三角形环截成的上下两部分构成，且上下两部分的可宽度均为0.5mm；中间层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为24.7mm的等边三角形环截成的上下两个部分构成，上部分的宽度为0.85mm且与最外层的间距为0.4mm，下部分为分立设计的左右两个部分，左部分的宽度为0.6mm且与最外层的间距为0.55mm，右部分的宽度为0.6mm且与最外层的间距为0.5mm；最内层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为28.875mm的等边三角形环截成的上下两个部分构成，上部分的宽度为0.04mm且与中间层的间距为0.35mm，下部分为分立设计的左右两个部分，左部分的宽度为0.6mm且与中间层的间距为0.5mm，右部分的宽度为0.75mm且与中间层的间距为0.25mm；三角形固态等离子体单元的边长为9.3mm；右上角的固态等离子体谐振单元中：最外层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为21.168mm的等边三角形环截成的上下两部分构成，且上下两部分的可宽度均为0.49mm；中间层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为24.206mm的等边三角形环截成的上下两个部分构成，上部分的宽度为0.833mm且与最外层的间距为0.392mm，下部分为分立设计的左右两个部分，左部分的宽度为0.588mm且与最外层的间距为0.539mm，右部分的宽度为0.588mm且与最外层的间距为0.49mm；最内层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为28.298mm的等边三角形环截成的上下两个部分构成，上部分的宽度为0.039mm且与中间层的间距为0.343mm，下部分为分立设计的左右两个部分，左部分的宽度为0.588mm且与中间层的间距为0.49mm，右部分的宽度为0.735mm且与中间层的间距为0.245mm；三角形固态等离子体单元的边长为9.114mm，其与底层反射板之间的等离子体柱的半径为1.2mm。作为本专利技术的进一步技术方案，在微波波段，所述底层反射板采用金属反射板；在太赫兹及光波以上频段，所述底层反射板采用多层介质反射板或具有反射特性的人工结构阵列。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，对于电磁波大角度入射具有良好的吸收效果；(2)本专利技术一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，通过可编程的逻辑阵列来控制固态等离子体的激励区域的激励状态，以此来实现对不同频率的动态调控，另外可以通过动态的改变激励区域来实现吸收频率跨越X波段和Ku波段；(3)本专利技术可以在较小的物理尺寸下实现对较低频率电磁波的吸收，具有结构通俗，可编程调控，设计灵活，功能性强等特点。附图说明图1为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器结构单元正视图；图2为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器结构单元正视图；图3为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器结构单元侧视图；图4为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器状态三阵列(3×3)正视图；图5为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器立体图；图6为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器激励控制图；图7为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器状态一正视图；图8为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器状态二正视图；图9为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TE模式电磁波垂直入射时状态一的吸收曲线；图10为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TE模式电磁波垂直入射时状态二的吸收曲线；图11为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TE模式电磁波垂直入射时状态三的吸收曲线；图12为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TM模式电磁波垂直入射时状态三的吸收曲线；图13为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TE模式电磁波垂直入射时不同的谐振单元被激励时的吸收曲线；图14为一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器TE模式电磁波入射角与频率的关系图；附图标记：17-介质基板，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16-固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设有呈对角线对称的周期排布的若干固态等离子体谐振单元；所述固态等离子体单元通过连接等离子体激励源进行激励，每个等离子体激励源的通断通过编程控制逻辑阵列进行控制；每个所述固态等离子体谐振单元包括N个三角环形固态等离子体单元构成的嵌套结构及其内部设置的三角形固态等离子体单元，其中，每个三角环形固态等离子体谐振单元分别由一个等边三角形的环形固态等离子体谐振单元截成的两个部分构成，且两个部分之间存在间隙。

【技术特征摘要】
1.一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，包括底层反射板，所述底层反射板上设置有介质基板，所述介质基板上设有呈对角线对称的周期排布的若干固态等离子体谐振单元；所述固态等离子体单元通过连接等离子体激励源进行激励，每个等离子体激励源的通断通过编程控制逻辑阵列进行控制；每个所述固态等离子体谐振单元包括N个三角环形固态等离子体单元构成的嵌套结构及其内部设置的三角形固态等离子体单元，其中，每个三角环形固态等离子体谐振单元分别由一个等边三角形的环形固态等离子体谐振单元截成的两个部分构成，且两个部分之间存在间隙。2.根据权利要求1所述的一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，所述介质基板是具有损耗角正切的FR-4。3.根据权利要求1所述的一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，所述固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，且PIN单元之间设有隔离层进行隔离。4.根据权利要求1所述的一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，所述介质基板上设置的固态等离子体谐振单元通过等离子体柱与底层反射板连接。5.根据权利要求1所述的一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，每个所述固态等离子体谐振单元包括3个三角环形固态等离子体单元构成的嵌套结构及其内部设置的三角形固态等离子体单元，三角形固态等离子体单元通过等离子体柱与底层反射板连接。6.根据权利要求5所述的一种大角度不敏感的等离子体超材料宽带吸波器，其特征在于，所述介质基板上设有呈对角线对称的周期排布的四个固态等离子体谐振单元，处于对角线上的两个固态等离子体谐振单元呈中心对称且尺寸完全相同；左上角的固态等离子体谐振单元中：最外层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为21.6mm的等边三角形环截成的上下两部分构成，且上下两部分的可宽度均为0.5mm；中间层的三角环形固态等离子体谐振单元由边长为24.7mm的等边三角形环截成的上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：章海锋，杨靖，张浩，刘佳轩，
申请(专利权)人：南京邮电大学，南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32