[发明专利]基于石墨烯与超表面的工作带宽可调吸波器

说明书

本发明提出一种基于石墨烯与超表面的工作带宽可调吸波器，主要解决现有吸波器带宽不可调且吸波性能不好的技术问题，包括直流电源和由上而下依次层叠的频率选择表面、三层介质基板和金属底板；第二介质层与金属底板间加设空气介质，展宽了吸波带宽；频率选择表面由m×n个哑铃形周期单元构成，哑铃形单元上下端均为用竖直金属导线连接的设有石墨烯薄膜夹层的金属贴片，水平金属细导线贯穿整行单个哑铃单元串接一体。本发明结构简单，使用设有石墨烯薄膜夹层的金属贴片吸波性能较好，能更加便捷地调谐吸波带宽；用电导率高的金属底板，减小了吸波器对电磁波透射。适用于电磁抗干扰及现代通信系统。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，主要涉及带宽可调吸波器，具体是一种基于石墨烯与超表面的工作带宽可调吸波器，可用于电磁抗干扰及现代通信系统。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的二维结构，它具有很多优异特性，例如最薄材料、最硬材料、极高的载流子迁移率、具有柔韧性和透光性、电导率可以通过外部电场和磁场进行调节等。这些优良特性可以用来设计各种新型纳米器件或者透明导电材料，例如透明电极，光学调制器，极化器，等离子器件，光子探测器，超棱镜和吸波器件等，是一种性能可调、极富潜力的新材料。

电磁吸波器特指能够将入射的电磁波吸收并把其中的电磁能量转化为热能或者其它形式的能量的电磁器件，在很多领域的应用非常广泛。传统的吸波器吸波带宽相对较窄，如Salisbury屏吸波器。为了拓展吸波带宽，研究人员对其结构进行改进，顶部的周期性图案采用导电薄膜，中间为介质层，底板为金属材料，可以实现宽带吸波的效果。频率选择表面构成的吸波器虽然具有较好的吸波性能，但是吸波特性不能随着电磁环境改变而改变，因此随后出现了可调型吸波器，比如利用石墨烯表面电导率可调的性质，通过改变偏置电压，进而实现吸波频率可调的特性。目前，很多可调吸波器虽然能实现吸波频率的动态调节，但是很少有专注于将宽带吸波转换成窄带吸波的可调吸波器，同时考虑到工作带宽转换效果以及吸波性能，它们的可调结果并不能完全令人满意。例如，2014年Yin Zhang等在Optical Society ofAmerica期刊(2014,22(19):22743.)上发表了“Graphene BasedTunable Metamaterial Absorber and Polarization Modulation in TerahertzFrequency”，论文中采用上层的纯十字形金属与下层的双层石墨烯条带相结合的方法实现了太赫兹吸波频率连续可调的设计，但是该吸波器的工作带宽不可调且其整体吸波带宽比较窄。2015年GangYao等在IEEE Photonics Journal期刊(2015,8(1):1-8.)发表了“Dynamically Electrically Tunable BroadbandAbsorber Based on Graphene AnalogofElectromagnetically Induced Transparency”，论文中采用基于透明电磁感应石墨烯等离子体类似物(GPIT)的超材料结构，利用该结构的特殊机制实现太赫兹宽带吸波以及工作带宽可调谐的功能，但是该吸波器由宽带0.5THz，吸波率为80％，调至窄带0.3THz，吸波率为70％，带宽变化不明显且工作带宽内对应的吸波效果不够好。

随着主动可调吸波器在现代通信中的应用越来越广泛，这就要求它对环境变化的自适应性更强，并且具备全方面性能可调特点，而现有技术一方面用于实现吸波率主动调谐的吸波结构，其调谐不够灵活稳定；另一方面用于实现吸波带宽可调的结构很少且调谐效果不好，同时缺少吸波器自身的完美吸波效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于石墨烯与超表面的工作带宽可调吸波器。