王莹 程用志 聂彦 龚荣洲

1 引言

超材料是一种人工设计及制备的复合介质材料,具有许多奇特的物理特性,如负折射现象、负介电常数与磁导率、逆多普勒效应以及逆切伦科夫效应等[1-3],近年来在隐身材料、微波段以及太赫兹波段器件等电磁学领域受到广泛的关注.目前的研究领域根据损耗特性不同主要朝两个方向发展：一种是尽量减小电磁波入射后的损耗,其主要研究及应用方向包括完美透镜、隐身斗篷、小型化天线等[4-6];另一种以增大电磁波入射后的损耗为目的,增强材料对电磁波的吸收能力,从而实现电磁屏蔽等功能.这里我们主要关注后者的设计与实现.

在超材料引入吸波体设计之前,大多吸波材料研究主要集中于碳泡沫尖劈类吸波材料、铁氧体瓦以及频率选择表面(FSS)等[7]上.传统的吸波材料设计要求介质厚度在电磁波传播方向上满足λ/4的要求以实现大的衰减,并且通常密度较大,很难同时满足“薄、轻、宽、强”的高性能要求,从而促进了包括超材料在内的高吸收特性吸波材料的研究.2008年,Landy等[8]提出了一种基于周期性谐振单元的“完美吸波体”,峰值处吸收率几乎达到100%,引起了研究人员的极大兴趣.随后多种吸波体结构被提出[7,9-15],大多由具有一定图案的金属薄膜与介质基板形成的电谐振器和磁谐振器构成,具有厚度薄、吸收能力强的特点,但是通常吸收频带较窄.一般可以通过优化吸波体结构的结构几何参数、将不……