超材料裁剪及其与吸波涂层复合设计开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

超材料（metamaterials）是一种人工设计的亚波长周期性单元结构，相比自然界中存在的材料，它具有一些独特的物理特性，如：负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应等，这些特性主要依赖于其基本组成单元的结构^[1]。

超材料在很多方面都有应用，如控制电磁波的传播方向、极化状态、超透镜、全息成像和电磁波吸收等。

自从landy在2008年通过模拟和实验验证了超材料完美吸波的存在后，使用超材料用作吸波材料逐渐成为了一个全新的研究方向。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容： 首先，以片型超材料为例，对金属片和基体的参数进行调节，通过对场图、损耗分布规律以及吸收性能的分析，研究超材料的吸收机制，探究片型超材料的介质基体中的“冗余”区域，然后对“冗余”区域进行不同程度的裁剪，研究基体裁剪对片型超材料吸收强度、吸收峰位置的影响规律。其次，以片型超材料为基础，构造多层结构的超材料，通过在每一层上布局不同结构参数的片型结构，以实现多峰吸收，再研究是否可以将不同吸收峰叠加，从而拓宽超材料的吸收带宽。最后，对片型超材料进行裁剪，在裁剪区域填充磁性吸波材料，构成超材料与磁性吸波材料的复合结构，研究复合结构的整体吸收性能。

目标：

分析超材料单元基体裁剪后的吸波性能、电场和能量分布，深入研究基体的损耗机制；研究多层超材料单元复合后的吸波性能，通过分析电场和能量分布，实现超材料吸收峰的叠加，从而实现宽带吸收；基于研究结果并结合传统磁性吸波材料的吸波性能，将片型超材料和磁性吸波超材料复合，设计出兼顾L、S波段的宽频吸波材料。

技术方案及措施： 本课题主要研究1～18GHz频段内材料的吸波性能，拟采用全波数值模拟软件Microwave Studio CST进行辅助设计。羰基铁粉是目前比较有效且使用比较广泛的磁性吸波剂，本课题拟采用由羰基铁粉和环氧树脂构成的复合材料作为磁性吸波材料来进行研究。 首先用实验室的矢量网络分析仪（Agilent Technologies N5230A）测出磁性材料的复介电常数和复磁导率，再将电磁参数导入模拟软件（CST）的材料库，以便仿真使用。然后根据研究内容，在CST中设计各种结构模型，模型设计完毕后设置边界条件和端口条件进行仿真，观察仿真结果（电场分布，能量损耗，S参数等），分析各个模型的吸波性能。

3. 研究计划与安排

第4-6周：学习使用cst，并进行初步的模拟设计。

第7周：利用cst模拟不同材料参数片型超材料的电磁场分布及反射率。

研究不同材料参数对超材料吸波性能的影响,并阅读文献，对其原理进行分析。

4. 参考文献（不低于12篇）

[1] 张明习. 超材料概论[m]. 北京: 国防工业出版社, 2014：3.

[2] 院伟, 杨进, 王一龙, 等. 宽带吸波超材料的研究进展[j]. 材料导报, 2016, 30(21): 104-108.

[3] xiaopeng s, tie jun c, junming z, et al. polarization-independent wide-angle triple-band metamaterial absorber[j]. optics express, 2011, 19(10): 9401-9407.