超宽带电阻型吸波超材料的设计及制备研究

As a candidate of the broadband wave absorbing structure, resistive wave absorbing metamaterial has a lot of issues to be researched in the wide band design, such as the design criteria and the improvement of the low frequency wave absorbing performance. To solve these difficulties, the main contents of this project are set up as follows: the research of the wave absorbing principle, the effects of the structure parameters to the wave absorbing bandwidth, such as the resistance,patterns,layers and locations of the resistive metamaterial; the electromagnetic parameters and thickness of the substrate, on the basis of which, the structure characteristics of the broadband resistive wave absorbing metamaterial will be proposed. The low wave absorbing performance will be improved by design artificial substrate based on electrical and magnetic resonance, and an ultra wide band resistive wave absorbing metamaterial which has an excellent performance in the frequency range of 1-18GHz will be designed. In the end, experiment will be carried out to verify the effectiveness of the design method.

电阻型吸波超材料是一种很有潜力的宽频吸波结构，但是在宽频化设计过程中还有很多问题有待研究，如宽频电阻型吸波超材料的设计准则问题，电阻型吸波超材料低频吸波性能如何改善。为解决这些问题，拟开展本项目的研究，主要内容包括：电阻型吸波超材料吸波机理研究，各结构参数对吸波带宽的影响研究，如电阻型超材料的方阻、图案、层数、位置，基体的电磁参数、厚度等，在此基础上，提出宽带电阻型吸波超材料的结构特征。设计基于电共振和磁共振的人工基体，改善电阻型吸波超材料的低频吸波性能，从而设计在1-18GHz具有优良吸波性能的超宽频吸波结构，最后制备超宽频电阻型吸波超材料，验证设计方法的有效性。

武器装备的隐身需求对吸波材料的带宽提出了近乎苛刻的要求，薄、轻、宽、强成为吸波材料发展的目标。本项目以电阻型吸波超材料为研究目标，开展了电阻型吸波超材料的吸波机理研究，分析了各主要结构参数对吸波带宽的影响。研究发现，电阻型超材料方阻、厚度、位置及层数对吸波带宽影响较大，而电阻型超材料图案对吸收带宽影响有限。开展了基于电磁共振结构的低频吸波结构设计，研究了其低频吸波机理及在超宽频吸波结构设计中作用。在此基础上，综合考虑各影响因素，开展了超宽带电阻型吸波超材料的设计优化工作，编制了优化目标函数，得到在1-18GHz都具有-10dB反射率的超宽频吸波结构，厚度仅为20mm。以高强度PMI泡沫为基体，根据优化设计结果，采用丝网印刷和真空袋压工艺制备了超宽频吸波结构，经过测试，测试结果与设计结果基本一致，该超宽频吸波结构密度仅为4kg/m2，在轻型隐身方舱领域具有较大应用前景。