一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器制造技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，其周期性结构单元是采用蜂窝型特有的六边形结构，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，固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，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。该等离子体超材料窄带吸波器对于TE极化波有很好的吸收效果，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不但能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，实现吸波器的窄带吸收，而且该吸波器的工作频率在激励区域选择合适的情况下能够覆盖整个X波段。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器
本专利技术涉及一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，属于无线电通信、微波器件领域。
技术介绍
随着信息技术的发展，微波器件已经广泛的应用于通信中的各类系统中。如发射端的天线、电磁屏蔽盒等。防止电磁干扰和电磁隐身在军事和民用领域有广泛的应用前景。电磁吸波器就满足这一需求所设计的一类微波器件，在通信领域得到了越来越广泛的应用。在军事领域，提高武器装备的电磁隐身特性，降低被敌侦测概率，是夺取现代战争胜利的前提。而在民用领域，无线通信中基本器件，医疗、保健以及常用消费级的电子产品都对电子器件有电子兼容的需求，都需要额外的屏蔽“不需要的”电磁信号。低剖面和小型化的吸波器在民用领域也有着强大的需求。为了满足以上需求，电磁超材料往往被应用于吸波器的设计当中。然而，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。等离子体超材料是开发由于光和金属-电介质材料相互作用而产生的表面等离子体的超材料。在特殊条件下，入射光和表面等离子体耦合产生自维持和传播称为表面等离子极化子的电磁波。这样的波一旦形成后，便沿金属-电介质的介面传播。与入射光相比，等离子极化波的波长要短得多，等离子超材料由复合材料组成；是用金属和电介质经过设计达到自然界没有的性质。这种性质来自复合材料的单一结构，其特点是被次波长距离所分开。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
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，实现电磁波大角度入射时，吸波器仍然有良好的吸收效果，并且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，达到窄带吸收的效果，另外可以通过动态的改变激励区域来实现对整个X波段的吸收的覆盖。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蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，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蜂窝型阵列周期排布的若干固态等离子体谐振单元；每个所述固态等离子体谐振单元为正六边形，其中心处是一个长方形固态等离子体单元，所述长方形固态等离子体单元的上方是一个开口向内的半圆环形固态等离子体单元，下方是两个开口向内的开口方环形固态等离子体单元构成的嵌套结构，左右两侧分别是一个倒三角环形固态等离子体单元的一半且与上方的半圆环形固态等离子体单元相连；每个所述固态等离子体单元分别连接一个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。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，PIN单元之间有隔离层进行隔离。作为本专利技术的进一步技术方案，所述长方形固态等离子体单元的长为8.5mm，宽为8.542mm。作为本专利技术的进一步技术方案，所述半圆环形固态等离子体单元的半径为6.7mm，环形宽度为0.8mm。作为本专利技术的进一步技术方案，所述嵌套结构中，内侧的开口方环形固态等离子体单元的长为6.407mm、宽为6.418mm、环形宽度为0.785mm、距离所述长方形固态等离子体单元0.585mm；外侧的开口方环形固态等离子体单元的长为6.407mm、宽为6.418mm、环形宽度为0.785mm、距离内侧的开口方环形固态等离子体单元0.585mm。作为本专利技术的进一步技术方案，在微波波段，所述底层反射板为全金属板；在太赫兹及光波以上频段，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。作为本专利技术的进一步技术方案，所述多层介质反射板用多层不同介质构成光子晶体反射面来实现。作为本专利技术的进一步技术方案，所述光子晶体是多层堆材结构或者周期性分布结构。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)本专利技术一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，其结构单元采用蜂窝型特有的六边形结构，对于电磁波大角度入射有着良好的吸收效果；(2)本专利技术采用固态等离子体来代替金属进行工作，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，达到窄带吸收的效果；通过合适的参数设置可以使其工作频率在激励区域范围选择合适的情况下更高效的覆盖整个X波段；(3)本专利技术一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，当电磁波入射时，通过编程实现四种不同的激励状态，以获得可调谐的吸收频谱；通过合理的程序设定来确定激励区域和激励状态就可以增大吸波器在特定频率区域内的吸收峰值以及展宽吸收频带，从而提高吸收率以及吸收效率；(4)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，具有结构新颖，可编程调控，设计灵活，功能性强等特点。附图说明图1为状态一的固态等离子体构成的单元结构示意图图2为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器阵列(3×3)状态一结构图正视图；图3为状态二的固态等离子体构成的单元结构示意图；图4为状态三的固态等离子体构成的单元结构示意图；图5为状态四的固态等离子体构成的单元结构示意图；图6为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器立体图；图7为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器侧视图；图8为电磁波入射角与频率的关系图；图9为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射时状态一和状态二的吸收曲线；图10为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射时状态三和状态四的吸收曲线；图11为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波入射角为30°和55°的吸收率曲线；图12为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波入射角为55°和85°的吸收率曲线图13为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波入射角为0°和85°的吸收率曲线；图14为一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器TE模式电磁波垂直入射且激励的固态等离子体谐振单元间隔不同时的吸收率曲线；其中：5—介质基板，1、2、3、4—固态等离子体构成的谐振单元，6—金属反射板，7、8、9、10—固态等离子体激励源。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术中的结构单元采用蜂窝型特有的六边形结构，对于电磁波大角度入射有着良好的吸收效果，并且采用固态等离子体来代替金属进行工作，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，达到窄带吸收的效果，另外可以通过动态的改变激励区域来实现对整个X波段的吸收的覆盖。本专利技术一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，如图6和7所示，其周期性结构单元采用蜂窝型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，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蜂窝型阵列周期排布的若干固态等离子体谐振单元；每个所述固态等离子体谐振单元为正六边形，其中心处是一个长方形固态等离子体单元，所述长方形固态等离子体单元的上方是一个开口向内的半圆环形固态等离子体单元，下方是两个开口向内的开口方环形固态等离子体单元构成的嵌套结构，左右两侧分别是一个倒三角环形固态等离子体单元的一半且与上方的半圆环形固态等离子体单元相连；每个所述固态等离子体单元分别连接一个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。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，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蜂窝型阵列周期排布的若干固态等离子体谐振单元；每个所述固态等离子体谐振单元为正六边形，其中心处是一个长方形固态等离子体单元，所述长方形固态等离子体单元的上方是一个开口向内的半圆环形固态等离子体单元，下方是两个开口向内的开口方环形固态等离子体单元构成的嵌套结构，左右两侧分别是一个倒三角环形固态等离子体单元的一半且与上方的半圆环形固态等离子体单元相连；每个所述固态等离子体单元分别连接一个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。2.根据权利要求1所述的一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，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所述的一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，其特征在于，所述固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，PIN单元之间有隔离层进行隔离。4.根据权利要求1所述的一种蜂窝型分布的可调控等离子体超材料窄带吸波器，其特征在于，所述长方形固态等离子体单元的长为8.5mm，宽为8.542mm。...

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