[发明专利]一种完美吸收入射角可调的电磁吸波结构

说明书

本发明公开了一种完美吸收入射角可调的电磁吸波结构，包括按照从上到下顺序层叠的第一石墨烯层、隔膜层、第二石墨烯层、第一介质基板、第一金属层、第二介质基板和第二金属层，第一金属层包括完全相同的m*n个按照m行n列排布的第一金属单元，第一金属单元、第二介质基板和第二金属层上分别设置有m*n个按照m行n列排布的上下贯通的金属化通孔，通过改变第一石墨烯层和第二石墨烯层之间加载的偏置电压，能够改变第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值，使电磁吸波结构在不同角度下与自由空间波阻抗相匹配，实现不同入射角下电磁波的完美吸收；优点是既能够对完美吸收入射角进行调控，实现电磁波的完美吸收，也能够用于实际生产应用。

技术领域

本发明涉及一种电磁吸波结构，尤其是涉及一种完美吸收入射角可调的电磁吸波结构。

背景技术

电磁吸波结构作为一种电磁隐身技术，能够吸收入射到雷达表面的电磁波能量，减少雷达散射截面积，从而降低雷达被敌方探测到的可能性，在军事领域中应用十分广泛。近年来，随着探测手段的多样化以及侦察雷达的广泛分布，全角度和多角度的电磁隐身技术已经成为提高电磁隐身性能的迫切需求。

传统的电磁吸波结构利用铁氧体、金属微粉和钛酸钡等材料来吸收电磁波，但这些材料本身性质固定，吸波性能无法进行调节。现有的电磁吸波结构只能在一个预先设置的入射角实现完美吸收(该入射角被称为完美吸收入射角)，即当电磁波入射到雷达表面的角度为完美吸收入射角时，该电磁吸波结构能够实现完美吸收(即吸收效果最优)，一旦电磁波入射方向偏离该完美吸收入射角，吸收效果将下降。其中最典型的例子是Salisbury屏，该Salisbury屏中将阻性面置于由四分之一波长空气层和金属反射面组成的高阻抗面(High impedance surface,HIS)上，当电磁波沿垂直方向入射时，电磁波能量被完美吸收，但是当电磁波入射方向偏离垂直方向时，由于波阻抗和HIS的输入阻抗都随入射角变化，导致Salisbury屏整体的输入阻抗不再与波阻抗匹配，使得反射系数增大，吸收效果变差，具有很大的局限性，难以满足不同入射角度下的隐身性能需求。此外，A.B.Yakovlev等人2010年在IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium中公开了名称为Nonlocal Homogenization Model for the Analysis of Absorbing Properties ofMushroom Structures with Graphene Patches at Microwaves的一种电磁吸波结构，该结构将石墨烯刻蚀成方形贴片，实现电磁波入射角度可调的完美吸收结构。X.Wang等人2018年在International Congress on Artificial Materials for Novel WavePhenomena论文中公开了名称为Graphene-based tunable metasurface for all-angleperfect absorption的一种电磁吸波结构，该结构石墨烯与蘑菇形高阻抗表面直接接触，实现电磁波入射角可调的完美吸波结构。第一种电磁吸波结构需要将石墨烯贴片刻蚀成图案化单元结构，并且需要对其直接施加不同的电压来使不同角度下整个结构的输入阻抗与自由空间波阻抗相匹配，实际生产中无法直接施加电压使不同角度下的阻抗相匹配。第二种结构需要石墨烯与金属直接电接触，并且也需要对其直接施加不同的电压使整个结构的输入阻抗与自由空间波阻抗相匹配，实际生产中也无法直接施加电压使不同角度下的阻抗相匹配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种完美吸收入射角可调的电磁吸波结构，该电磁吸波结构不但能够在设定范围内对完美吸收入射角进行调控，在调控范围内所有角度下都能够实现电磁波的完美吸收，而且能够采用当前生产工艺实现，能够用于实际生产应用。