陆浩然 ,郭云胜

(1.中国核科技信息与经济研究院,北京 100084;2.内蒙古科技大学 理学院,内蒙古 包头 014010)

超材料吸波器具有吸收强、质量轻、厚度薄、频率可调等优点,在隐身、安全防护、抗干扰等方面具有广泛的应用[1-3]。超材料完美吸波器[4]自2008 年被首次报道以来,围绕它的研究工作主要包括:工作波长从微波逐渐向太赫兹、红外和可见光波段提升,工作方式逐渐从单频向双频、多频及宽频带转化,工作频率从固定型向可调型方面拓展,工作状态从极化敏感型向极化不敏感型方向转变。由此看出,为满足不同要求,超材料单元结构也应具有不同的形式。迄今为止,研制出的完美吸波超材料的单元结构非常多,如同时含有金属电谐振器和磁谐振器结构[4]、金属底板及其上面的金属图案谐振器结构[5-6]、金属底板及其上面的介质谐振器结构[7-8]和全介质型惠更斯超表面结构[9-10]等。对于不同的单元结构形式,电磁波与它们相互作用的方式也不一样,导致吸波机理有所不同。但是,无论何种结构形式,谐振吸收是所有超材料吸波的共同属性。本文以是否含有金属底板为分界线,把所有超材料吸波器的单元结构分为两类,分别用含有LC 谐振和电阻R 的一端口网络和二端口网络表示出来,分析不同单元结构的吸波机理并比较它们的异同。

1 二端口网络的全反射和全透射

一般而言,波的吸收同时伴随着波的反射和透射,是一个典型的二端口网络问题。二端口网络中,反射系数用S11表示,透射系数用S21表示,由此决定的反射率为透射率为吸收率为超材料的吸波性能完全可以用二端口等效电路的方式进行描述和分析[11-12]。……