第一章緒論1.1研究背景吸波材料最開始應用于軍事領域，主要是用來提升武器系統(tǒng)的隱身性能，以此提高各類武器平臺的突破能力以及生存能力，在軍事應用里，隱身技術一般是指依靠降低作戰(zhàn)平臺和攻擊性武器的紅外、雷達也就是電磁波、聲學以及可見光等多種信號特征，讓它們難以被探測、截獲、識別以及跟蹤REF_Ref23413\r\h[1]。這種技術被稱作“低可觀測性技術”，隨著現(xiàn)代探測技術快速發(fā)展，其分辨率和可靠性持續(xù)提高，隱身技術已經(jīng)成為各國提升武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的關鍵方式，吸波材料或者吸波體借助把入射電磁波的能量轉(zhuǎn)化成熱能，有效減少目標物體的散射波能量，實現(xiàn)隱身效果，為了可與目標物體表面完美貼合，這類材料一般設計成與目標共形的形狀，并且采用有良好導電性的背板作為反射式電磁表面，理想狀況下反射越小越好。在很多實際應用中，目標物體自身的金屬表面就可直接充當良導體背板。吸波材料的應用領域十分廣泛，除了在軍事方面有所應用外，在民用領域的使用范圍同樣不容小覷，比如說，在通信以及導航系統(tǒng)當中，吸波材料可起到有效減少電磁干擾的作用，而在工業(yè)、科研以及醫(yī)療技術領域，吸波材料則是被用于達成電磁屏蔽的功能，隨著科技不斷向前發(fā)展，數(shù)量眾多的電磁輻射源已經(jīng)逐漸深入到人們?nèi)粘Ｋ幍纳瞽h(huán)境之中，要是長時間暴露在低頻電磁波環(huán)境下，說不定會對人體健康造成一定的威脅，這種威脅主要體現(xiàn)為人體內(nèi)部因為吸收了過多的電磁波能量引發(fā)有害的生物反應。在民用場景里面，僅僅依靠外形結構設計一般難以解決實際存在的問題，需要借助吸波材料來吸收不同頻段的電磁輻射，這種情況促使研究人員去探索新型吸波材料的設計，來實現(xiàn)寬帶、寬角、極化不敏感、低剖面以及輕質(zhì)等多方面綜合性能的突破。一種基于電阻膜設計的低頻微波超材料吸波體，在實現(xiàn)輕薄化之際能達成更出色的低頻微波吸收效果，該吸波體由電阻膜、介質(zhì)基板以及金屬背板三部分構成，整體結構簡易且易于達成，其中介質(zhì)基板選用常見的FR-4材料，背面覆銅用以防止電磁波穿透，借助仿真軟件對結構參數(shù)給予優(yōu)化，深入剖析所設計結構的吸收機制。此設計擁有良好的吸收性能，還為低頻微波吸波體的實際應用提供了全新思路與技術支撐。1.2研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，吸波材料在通信、雷達隱身以及電子對抗等領域變得日益關鍵，為契合小型化電子設備和高性能隱身技術需求，吸波材料研發(fā)朝著“薄型化、寬帶化、輕量化和高效化”方向發(fā)展，不過傳統(tǒng)吸波材料設計有局限，像基于Salisbury吸收屏原理設計的吸波材料，其結構尺寸大，難以適應如今對小型化和輕量化的嚴格要求 ?？蒲腥藛T為解決某一問題，將目光聚焦于電磁超材料，該人工復合結構能依靠精準調(diào)控材料的介電常數(shù)與磁導率，呈現(xiàn)出與眾不同的電磁特性，研究人員把材料的電磁特性以及幾何結構特性相結合，成功研發(fā)出左手材料，并基于此提出了“完美”平板成像的概念，此突破推動了理論研究向前發(fā)展，還首次實現(xiàn)了“隱身衣”的研制，為隱身技術的應用開拓了新的可能性。之后Landy等人展開了的創(chuàng)新工作，設計出了一種以超材料為基礎的吸波體結構REF_Ref25476\r\h[2]，此吸波體是由金屬諧振環(huán)、介質(zhì)基板以及金屬條共同構成的，可在11.6GHz這個頻率附近達成近乎完美的電磁波吸收成效，這一成果讓超材料吸波體憑借其吸波性能受到了廣泛的關注，不過這類吸波體主要依靠金屬結構的電磁共振機制，致使其帶寬比較窄，實際的應用范圍受到了一定程度的限制。科研人員為應對帶寬窄的狀況開展了諸多研究工作，探尋多種方法來達成多頻點寬頻吸收的目的，比如Shang等人于“回”字型結構里引入集總電阻REF_Ref25434\r\h[3]，成功拓展了吸波頻帶，讓2至9GHz范圍內(nèi)的吸收率超過90%，不過此方法雖有成效，卻帶來新挑戰(zhàn)：引入的元器件對單元結構產(chǎn)生限制，增加了制作成本，且發(fā)展優(yōu)勢不突出。Ding等人提出一種多層堆疊設計方案，疊加20個單層結構REF_Ref24830\r\h[4]，成功拓寬吸波帶寬，在7.8至14.7GHz頻段內(nèi)實現(xiàn)大于90%的吸收率，不過這種設計有缺點，吸波體厚度增加，給輕薄化設計帶來較大挑戰(zhàn)，難以契合現(xiàn)代電子設備小型化和輕量化的嚴苛要求。在同一時間，李凱等人提出了一種以石墨烯為基礎的低頻微波可調(diào)諧雷達吸波體REF_Ref25352\r\h[5]，該吸波體在7.8至21.2GHz頻段范圍內(nèi)的吸收率超過了90%，呈現(xiàn)出良好的寬頻吸收性能，不過因為石墨烯制備工藝繁雜且成本較高，其實際應用依然面臨著一些險阻。相較而言，電阻膜憑借其獨特的電磁損耗性能，為低頻微波吸波結構給予了一種有效的解決辦法，電阻膜可提高電磁超材料的偏振不敏感特性REF_Ref22828\r\h[6]，而且有厚度薄、可設計性強的優(yōu)勢，這些特性讓它成為達成寬頻帶吸收以及推動超材料吸波體輕薄化設計的理想之選，展開來說，電阻膜可借助優(yōu)化設計，靈活調(diào)節(jié)其電磁參數(shù)，在不同頻率范圍內(nèi)達成高效的電磁波吸收。電阻膜的制造工藝較為成熟，成本也比較低，這為其大規(guī)模應用創(chuàng)造了可能性。吸波材料的研究當前處于快速發(fā)展的時期，雖然傳統(tǒng)吸波材料以及早期超材料吸波體在帶寬、厚度等方面有著不足之處，不過借助引入電阻膜等新型材料以及技術手段，研究人員正逐漸攻克這些難題，這些進展給吸波材料的優(yōu)化給予了新的思路，還為其達成更廣泛的實際應用奠定了穩(wěn)固的基礎。未來隨著材料科學與工程技術持續(xù)取得進步，吸波材料有希望在更多領域發(fā)揮關鍵作用，為現(xiàn)代科技的發(fā)展增添新的活力。1.3研究內(nèi)容本文呈現(xiàn)了一種低頻微波吸收體的設計方案，此低頻微波吸收體是基于圖案化電阻膜構建而成的REF_Ref20915\r\h[7]，其整體結構包含加載集總器件、阻性材料替換金屬圖案、多層堆疊等。綜合考慮吸波帶寬與厚度，基于電阻膜材料設計了一款雙層寬帶吸波結構，憑借充分發(fā)揮吸波材料對于電磁波能量的吸收和耗散能力，成功達成了對電磁波傳播的精確調(diào)控以及有效隔離，這一成果為電磁波調(diào)控技術的后續(xù)發(fā)展給予了關鍵的理論支撐與技術參考。為了在低頻微波范圍內(nèi)達成高效的電磁波吸收性能，本文設計了一種基于電阻膜的低頻帶超材料吸波體，該吸波體采用三層結構設計，該結構由表面蒙皮、兩層電阻膜圖案、三層介質(zhì)基板以及金屬底板構成。其中上層電阻膜圖案為分形方片結構，下層電阻膜圖案為方塊結構，表面蒙皮采用石英玻璃纖維介質(zhì)基板采用聚甲基丙烯酰亞胺。仿真測試結果顯示，所設計的吸波體在1至6GHz頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出優(yōu)異的吸收性能，吸收率超過90%，平均吸收率達到98.23%，該吸波體還呈現(xiàn)出良好的偏振不敏感特性，即其性能不會受到入射電磁波偏振方向的影響，有更廣泛的適用性與更高的實用性，這些特性使其在電磁兼容、雷達隱身以及微波通信等領域有關鍵的潛在應用價值。圖案化電阻膜低頻微波吸收體設計的研究內(nèi)容主要涉及材料選擇、結構設計、性能分析與優(yōu)化等方面，首先是材料研究，而材料研究又分為電阻膜材料和基底材料。電阻膜材料：探索適合低頻微波吸收的電阻膜材料，如金屬氧化物（如氧化銦錫）、碳基材料（如石墨烯、碳納米管）等。研究材料的電磁特性，包括電導率、介電常數(shù)、磁導率等隨頻率的變化規(guī)律，以及材料的穩(wěn)定性、耐腐蝕性等性能?；撞牧希哼x擇合適的基底材料，如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂等，要求其具有低介電常數(shù)、低損耗、良好的機械性能和加工性能，以支撐電阻膜并對吸收體的整體性能產(chǎn)生影響。圖案化設計的圖案類型和幾何參數(shù)的優(yōu)化，研究不同的圖案化結構，如周期性的方形、圓形貼片陣列，分形結構（如Sierpinski地毯、Koch雪花等），以及漸變結構等。分析不同圖案對低頻微波的散射、吸收特性的影響，確定適合低頻吸收的圖案類型。對選定的圖案，優(yōu)化其幾何參數(shù)，如貼片的尺寸、間距、厚度，分形結構的迭代次數(shù)、特征長度，漸變結構的漸變規(guī)律等。通過理論分析和數(shù)值模擬，研究幾何參數(shù)與吸收體性能之間的關系，以實現(xiàn)最佳的吸收效果。研究不同的圖案化結構，如周期性的方形、圓形貼片陣列，分形結構（如Sierpinski地毯、Koch雪花等），以及漸變結構等。分析不同圖案對低頻微波的散射、吸收特性的影響，確定適合低頻吸收的圖案類型。對選定的圖案，優(yōu)化其幾何參數(shù)，如貼片的尺寸、間距、厚度，分形結構的迭代次數(shù)、特征長度，漸變結構的漸變規(guī)律等。通過理論分析和數(shù)值模擬，研究幾何參數(shù)與吸收體性能之間的關系，以實現(xiàn)最佳的吸收效果。

第二章理論基礎與數(shù)值模擬方法2.1電磁波基本原理2.1.1電磁波介紹在現(xiàn)代文明的每個角落，從手機信號的實時傳輸?shù)轿⒉t的溫熱飯菜，從醫(yī)院CT的精準成像到遙遠星系的電磁信號接收REF_Ref25032\r\h[8]，都離不開一種看不見摸不著卻無處不在的物質(zhì)——電磁波。這種由電場與磁場交織而成的波動，如同宇宙的“能量使者”，以光的速度穿梭于空間，深刻改變了人類認知世界和改造世界的方式。19世紀中葉，英國物理學家詹姆斯?麥克斯韋在總結前人電磁研究的基礎上，提出了著名的麥克斯韋方程組。這組看似簡潔的數(shù)學公式REF_Ref24993\r\h[9]，首次預言了電磁波的存在：變化的電場會激發(fā)變化的磁場，而變化的磁場又會反過來激發(fā)電場，如此循環(huán)往復，形成以波動形式傳播的電磁能量——電磁波。麥克斯韋進一步推算出，電磁波在真空中的傳播速度與光速一致，從而揭示了光的本質(zhì)就是電磁波的一種。20年后，德國物理學家海因里希?赫茲通過實驗成功產(chǎn)生并檢測到電磁波，不僅證實了麥克斯韋的理論，更開啟了無線通信的新紀元。赫茲的實驗裝置看似簡單：感應線圈產(chǎn)生高壓火花時，附近的金屬環(huán)竟出現(xiàn)了微弱火花，這正是電磁波跨越空間傳遞能量的明證。這一發(fā)現(xiàn)如同鑰匙，打開了人類利用電磁波的大門。電磁波具有三大基本特性：無需介質(zhì)傳播、光速恒定、波粒二象性。與依賴空氣、水等介質(zhì)傳播的聲波不同，電磁波可以在真空中自由穿行，這也是人類能接收來自宇宙深處電磁信號的原因。在真空中，所有電磁波的傳播速度均為約3×10?米/秒，即光速。此外，電磁波兼具波動性和粒子性：從波動角度看，它有波長（λ）、頻率（f）和波速（c）的關系（c=λf）；從粒子角度看，它由一個個能量量子（光子）組成，能量大小與頻率成正比（E=hf，h為普朗克常數(shù)）。這種特性使得電磁波能夠以不同“面貌”存在：波長較長的無線電波可以繞過高山丘陵實現(xiàn)遠距離通信，波長極短的伽馬射線則能穿透金屬展現(xiàn)強大能量。正是波長的差異，讓電磁波譜成為一個龐大而有序的家族。電磁波在帶來便利的同時，也存在潛在風險。高頻電磁波（如X射線、伽馬射線）具有電離輻射，能破壞生物分子結構，長期暴露可能誘發(fā)癌癥REF_Ref26028\r\h[10]。因此，醫(yī)療場所的X射線設備需配備鉛板屏蔽，工作人員需穿戴防護裝備。而低頻電磁波（如手機、Wi-Fi信號）屬于非電離輻射，目前科學界普遍認為其對人體的影響遠低于電離輻射，但仍有研究關注長期暴露的潛在健康效應。對于普通人而言，合理使用電子設備、保持適度距離（如接打電話時使用耳機）、選擇正規(guī)廠商的電磁輻射合格產(chǎn)品，即可有效降低風險。而在科技領域，科學家正不斷優(yōu)化電磁波的應用技術，例如研發(fā)低輻射通信設備、提升電磁能量利用效率。2.1.2電磁波吸收原理電磁波是由電場和磁場交替振動產(chǎn)生的橫波REF_Ref24875\r\h[11]，其傳播過程伴隨著能量的傳遞。當電磁波入射到材料表面時，會發(fā)生三種基本現(xiàn)象：反射、透射和吸收。電磁波吸收的核心目標是通過材料設計，將入射電磁波的能量盡可能多地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量（如熱能、機械能或電磁能損耗），從而減少反射和透射，實現(xiàn)對電磁波的有效衰減。根據(jù)麥克斯韋方程組，材料對電磁波的響應由其介電常數(shù)（ε，描述電響應）和磁導率（μ，描述磁響應）決定。當電磁波進入材料內(nèi)部時，電場和磁場會激發(fā)材料中的帶電粒子（如電子、離子）振動或磁矩偏轉(zhuǎn)，形成極化或磁化現(xiàn)象。若材料內(nèi)部存在損耗機制（如電阻損耗、介電損耗、磁滯損耗等），這些振動或偏轉(zhuǎn)過程會消耗能量REF_Ref24826\r\h[12]，最終將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量，這便是電磁波吸收的本質(zhì)。材料對電磁波的吸收效率與入射波的頻率密切相關。當電磁波的頻率與材料內(nèi)部微觀結構（如電子振蕩頻率、分子偶極子共振頻率、磁疇壁共振頻率等）匹配時，會發(fā)生共振效應REF_Ref3657\r\h[13]。此時，材料對電磁波的能量吸收達到峰值，類似于“共振電路”中能量的高效耦合。例如，金屬納米顆粒的表面等離子體共振、鐵氧體材料的自然共振等，均是通過共振機制實現(xiàn)特定頻段的強吸收。電介質(zhì)材料在交變電場作用下，極性分子（如水分子）或偶極子會隨電場方向反復轉(zhuǎn)向，分子間摩擦導致能量損耗；非極性材料中，電子的位移極化滯后于電場變化，也會產(chǎn)生損耗。介電損耗通常用損耗角正切（tanδ?=ε''/ε'，其中ε'為實部介電常數(shù)，ε''為虛部介電常數(shù)）衡量。導電材料（如金屬、導電聚合物）中的自由電子在電場作用下定向運動，形成電流。電阻效應使電能轉(zhuǎn)化為熱能，即焦耳損耗。例如，碳基材料（碳纖維、石墨烯）的導電網(wǎng)絡可通過電導損耗有效吸收電磁波。磁性材料（如鐵氧體、金屬合金）在交變磁場下會發(fā)生磁疇壁位移或磁矩進動，伴隨磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗源于磁疇翻轉(zhuǎn)時的內(nèi)摩擦，渦流損耗則由感應電流的電阻效應引起。磁損耗用損耗角正切（tanδ?=μ''/μ'，μ'和μ''分別為磁導率的實部和虛部）表征，高頻下磁矩進動的弛豫過程是磁損耗的主要來源。材料的輸入阻抗（Z=√(μ/ε)）需與自由空間阻抗（Z?≈377Ω）接近，以減少表面反射。通過調(diào)整材料的ε和μ，使Z≈Z?，可實現(xiàn)“無反射”入射，讓電磁波最大限度進入材料內(nèi)部。材料需具備高效的損耗機制，確保進入內(nèi)部的電磁波能量被快速衰減。這通常通過優(yōu)化介電損耗、磁損耗或二者的協(xié)同作用實現(xiàn)。此外，材料的厚度（d）與吸收性能密切相關。根據(jù)傳輸線理論，電磁波在材料內(nèi)部的衰減滿足公式：反射損耗（RL,

dB）=?（2-1）其中λ為波長。當RL≤-10dB時，吸收效率超過90%。通過調(diào)節(jié)d和材料的電磁參數(shù)，可實現(xiàn)特定頻段（如微波、毫米波）的高效吸收。未來，吸波材料的發(fā)展將聚焦于寬頻化、輕量化、智能化：通過多機制耦合設計（如介電-磁損耗協(xié)同、結構-材料復合）拓寬吸收頻段；利用納米技術、3D打印制備超薄、柔性材料；結合機器學習優(yōu)化材料成分，實現(xiàn)對特定電磁波的自適應吸收。電磁波吸收原理融合了電磁學、材料科學和凝聚態(tài)物理等多學科知識，其核心在于通過材料設計實現(xiàn)“阻抗匹配”與“高效能量損耗”的統(tǒng)一。從早期的鐵氧體到如今的超材料，吸波技術的進步持續(xù)推動著軍事、通信、電子等領域的革新。隨著高頻通信（如太赫茲技術）和復雜電磁環(huán)境的挑戰(zhàn)加劇，開發(fā)兼具高性能與多功能的吸波材料將成為未來研究的關鍵方向。2.1.3麥克斯韋方程組電磁現(xiàn)象是自然界最普遍的力量之一，從閃電劃破天際到手機信號的傳遞，無不與電磁相互作用息息相關REF_Ref24683\r\h[14]。19世紀中葉，英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（JamesClerkMaxwell）在前人實驗與理論的基礎上，以四個簡潔的方程統(tǒng)一了電與磁的本質(zhì)，揭示了光是一種電磁波的奧秘，并預言了電磁波的存在。這一成就被愛因斯坦譽為“牛頓之后最深刻的物理學進展”。本文將深入解析麥克斯韋方程組的內(nèi)涵、數(shù)學形式及其對現(xiàn)代科學與技術的深遠影響。麥克斯韋方程組包含四個基本方程REF_Ref24640\r\h[15]，既可表示為積分形式（描述宏觀場與源的關系），也可寫作微分形式（揭示場的局部特性）。以下為真空中的方程形式：

（1）高斯定律（電場）積分形式：?（2-2）微分形式：??（(2-3)物理意義：電場線始于正電荷，終止于負電荷，電荷是電場的源。該方程量化了電荷分布（ρ）與電場（E）的關系。（2）

高斯磁定律積分形式：?(2-4)微分形式：??(2-5)物理意義：磁場是無源場，磁感線閉合，不存在磁單極子（孤立磁荷）。這一方程暗示了自然界對稱性的深層規(guī)律。（3）

法拉第電磁感應定律積分形式：?(2-6)微分形式：?(2-7)物理意義：變化的磁場會激發(fā)渦旋電場（非保守場）。這一現(xiàn)象是發(fā)電機、變壓器等電力設備的理論基礎。（4）安培-麥克斯韋定律積分形式：?(2-8)微分形式：?(2-9)物理意義：電流（JJ）和變化的電場（位移電流

ε0將方程組聯(lián)立并消去場變量，可導出波動方程：?(2-10)由此計算出的電磁波速

v=1/μ麥克斯韋方程組不僅是數(shù)學美的典范，更催生了人類文明的技術革命：經(jīng)典電磁學的完備化：終結了電、磁、光現(xiàn)象的孤立研究，為赫茲實驗（1888年證實電磁波存在）、洛倫茲電子論、狹義相對論（愛因斯坦受光速不變啟發(fā)）奠定基礎?，F(xiàn)代技術的基石：無線電通信（馬可尼）、雷達、微波爐、光纖通信、電磁成像（MRI）等，均依賴于對電磁波產(chǎn)生、傳播、調(diào)控的理解。物理學范式的革新：首次引入“場”（Field）作為獨立物理實在（而非超距作用），開啟了連續(xù)介質(zhì)力學、規(guī)范場論（如量子電動力學）的研究路徑。麥克斯韋方程組用四個方程、數(shù)行符號，編織了電磁世界的基本規(guī)律，展現(xiàn)了物理理論“簡潔即美”的至高境界。它不僅是19世紀科學的巔峰，更像一座橋梁，連接了經(jīng)典物理與現(xiàn)代物理，理論推導與技術創(chuàng)新。正如費曼所言：“麥克斯韋的貢獻是牛頓時代以來，物理學最深刻和最富成效的變革。”直至今日，這組方程仍在實驗室、工程現(xiàn)場、甚至宇宙深處，訴說著電與磁的永恒對話。2.1.4電磁波的反射及透射在電磁波的奇妙世界里，當它們與物質(zhì)相遇時，會演繹出反射、透射、吸收等精彩的交互現(xiàn)象。其中，反射與透射是最基本的兩種行為，不僅深刻影響著我們對自然的認知，更在通信、光學、遙感等領域發(fā)揮著核心作用REF_Ref23119\r\h[16]。本文將從原理、規(guī)律及應用等維度，揭開這兩種現(xiàn)象的神秘面紗。電磁波是由交變電場和磁場耦合產(chǎn)生的橫波，涵蓋了從無線電波到伽馬射線的廣闊頻譜。當電磁波入射到介質(zhì)表面時，其命運取決于介質(zhì)的電磁特性（介電常數(shù)ε、磁導率μ）和幾何形態(tài)。物質(zhì)中的帶電粒子會在電磁波的驅(qū)動下振動，進而重新輻射次級電磁波，形成反射波；而未被反射或吸收的部分則進入介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，成為透射波。反射與透射的能量分配，由介質(zhì)的電磁參數(shù)和入射角共同決定。電磁波（如可見光、無線電波、微波等）在傳播過程中遇到不同介質(zhì)的分界面時，會發(fā)生反射和透射現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象不僅是自然界中的基本物理規(guī)律，也是現(xiàn)代通信、光學、雷達等技術的重要理論基礎REF_Ref24483\r\h[17]。本文將從基本定律、數(shù)學描述以及實際應用三個方面解析這一過程。第一方面反射與透射的基本定律當電磁波入射到介質(zhì)分界面時，反射波的傳播方向遵循反射定律：入射角（θ?）等于反射角（θ?'），即

θ1(2-11)入射波、反射波與界面法線位于同一平面內(nèi)。這一規(guī)律適用于所有類型的電磁波，例如光的鏡面反射、雷達波的反射等。透射波進入第二種介質(zhì)時方向發(fā)生偏折，其傳播方向由斯涅爾定律描述：n1sinθ1(2-12)其中，n1

和

n2分別為兩種介質(zhì)的折射率，θ2

為透射角（折射角）。當

n1>n2

時，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象（入射角大于臨界角時，透射波消失）。第二方面數(shù)學描述：菲涅耳方程，反射和透射的強度由菲涅耳方程定量描述REF_Ref22910\r\h[18]，其核心是電場分量的連續(xù)性條件。根據(jù)電磁波的極化方向（s極化與p極化），反射系數(shù)（r）和透射系數(shù)（t）不同：

s極化（電場垂直于入射平面）r(2-13)

p極化（電場平行于入射平面）r(2-14)

能量守恒R=(2-15)第三方面典型現(xiàn)象與應用全反射與光纖通信：當光從高折射率介質(zhì)（如玻璃）進入低折射率介質(zhì)（如空氣）且入射角大于臨界角時，發(fā)生全反射，透射波消失。最后總結電磁波的反射與透射是波動性與電磁場邊界條件的直接體現(xiàn)。從經(jīng)典光學到現(xiàn)代無線通信，相關理論為技術發(fā)展提供了核心支撐。通過調(diào)控介質(zhì)參數(shù)、入射角度和極化方式，人類得以實現(xiàn)從高速互聯(lián)網(wǎng)到精密探測的多種應用。未來，隨著超材料等新型介質(zhì)的出現(xiàn)，對反射與透射的人為操控將更加靈活REF_Ref24111\r\h[19]，進一步拓展其應用邊界。2.2吸波體相關原理2.2.1傳輸線理論當電子信號的頻率突破兆赫量級，傳統(tǒng)的電路分析方法開始顯露出局限性。傳輸線理論作為連接集總參數(shù)電路與分布參數(shù)電磁場的重要紐帶，為現(xiàn)代高頻電子系統(tǒng)和通信技術的發(fā)展奠定了理論基礎。這個誕生于19世紀末的理論體系，在5G通信、高速數(shù)字電路和微波工程領域持續(xù)煥發(fā)著強大生命力REF_Ref25255\r\h[20]。在低頻電路分析中，導線被視為理想導體，電磁能量被局限在電容、電感等分立元件中。但當信號波長與導線長度可比擬時，這種理想化假設就會失效。1886年，亥維賽德首次提出傳輸線方程，揭示了導體周圍電磁場的時空分布特性。傳輸線理論采用分布參數(shù)模型，將線路劃分為無數(shù)微分段REF_Ref27260\r\h[21]。每個微分段包含串聯(lián)電阻R、電感L和并聯(lián)電導G、電容C。這種模型精確描述了信號傳播過程中電磁能量的空間分布特征，其核心參數(shù)——特性阻抗Z0=√[(R+jωL)/(G+jωC)]，成為衡量傳輸線匹配狀態(tài)的關鍵指標。由電報方程推導出的波動方程，揭示了電壓、電流在傳輸線上的傳播規(guī)律。相速度vp=1/√(LC)決定了信號傳播速度，衰減常數(shù)α則表征導體損耗帶來的信號衰減。對于無耗傳輸線(R=G=0)，波動方程簡化為理想的波動形式，此時特性阻抗退化為純實數(shù)Z0=√(L/C)。駐波現(xiàn)象是傳輸線理論的重要特征。當負載阻抗ZL與特性阻抗Z0失配時，入射波與反射波疊加形成駐波。反射系數(shù)Γ=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)定量描述了這種反射的強度，電壓駐波比VSWR=(1+|Γ|)/(1-|Γ|)成為工程實踐中常用的匹配度評估參數(shù)。時域反射法(TDR)通過觀察階躍信號的反射波形，可精確測量傳輸線故障位置。當信號邊沿時間tr小于2倍傳輸延遲td時，必須采用傳輸線模型進行分析。典型的振鈴現(xiàn)象就是信號在源端與負載端多次反射的結果。在現(xiàn)代工程實踐中，傳輸線理論支撐著眾多關鍵技術：PCB設計中通過控制微帶線阻抗保證信號完整性；光纖通信中的模式分析基于廣義傳輸線理論；微波工程中的Smith圓圖法極大簡化了阻抗匹配設計。5G毫米波通信更將傳輸線理論的應用頻率推升至毫米波段。從海底電纜到衛(wèi)星通信，從計算機主板到量子芯片，傳輸線理論始終是高頻電子系統(tǒng)的設計基石。隨著材料科學和制造工藝的進步，新型人工電磁材料傳輸線、超導傳輸線等前沿方向不斷拓展著這一經(jīng)典理論的邊界。理解傳輸線理論，就是掌握打開高頻電子世界大門的鑰匙。2.2.2阻抗匹配理論在電子工程領域，阻抗（Impedance）是衡量電路對交流信號阻礙作用的物理量，用復數(shù)

Z=R+jX

表示，其中

R

是電阻分量，X

是電抗分量（電感或電容引起的相位差）。阻抗匹配（ImpedanceMatching）的核心目標是調(diào)整信號源、傳輸線和負載之間的阻抗關系，使得信號能量高效傳輸，避免反射和損耗REF_Ref23824\r\h[22]。想象一個簡單場景：當水流從粗水管流入細水管時，水流會因截面突變產(chǎn)生湍流和能量損失；類似地，當電信號在阻抗不連續(xù)的傳輸線中傳播時，會產(chǎn)生反射，導致信號失真、功率損耗，甚至損壞設備。阻抗匹配的本質(zhì)就是消除這種“不連續(xù)性”，讓信號“流暢”地從源端傳遞到負載端。在直流或低頻電路中，當負載電阻

RL等于信號源內(nèi)阻

RS?

時，負載可獲得最大功率，即

RL?=RS?。此時功率傳輸效率為50（因一半功率損耗在源內(nèi)阻上）。這是阻抗匹配的初級理論，但僅適用于純電阻電路REF_Ref23703\r\h[23]。進入高頻領域（如射頻、微波），信號波長與電路尺寸可比，電抗分量（電感、電容）不可忽視，需采用共軛匹配：當負載阻抗

ZL?=ZS?（ZS?為源阻抗的共軛復數(shù)，即

RS??jXS?）時，負載吸收的功率最大。此時，電抗分量相互抵消，僅剩余電阻分量消耗功率，避免了無功功率的往返振蕩。阻抗匹配的核心目標與應用場景在無線發(fā)射機中，需將功率放大器的輸出阻抗與天線輸入阻抗匹配，確保信號能量高效輻射。例如，手機射頻前端的功率放大器與天線之間必須通過匹配網(wǎng)絡調(diào)整阻抗，否則大部分能量會反射回放大器，導致發(fā)熱甚至損壞。在高速數(shù)字電路（如PCB走線）中，若傳輸線阻抗（如50Ω）與芯片輸入輸出阻抗不匹配，信號邊沿會因反射產(chǎn)生振鈴（Ringing），導致時序錯誤。典型案例：USB、HDMI等高速接口必須嚴格控制走線阻抗，確保信號完整性。在電力系統(tǒng)中，雖然頻率較低，但通過變壓器調(diào)整阻抗，可使發(fā)電端與負載端匹配，減少輸電損耗。例如，發(fā)電廠通過升壓變壓器提高電壓、降低電流，減少線路電阻損耗，再通過降壓變壓器匹配用戶端阻抗。阻抗匹配的常用方法匹配網(wǎng)絡設計：L型、π型、T型網(wǎng)絡：利用電感和電容的電抗特性，將任意負載阻抗轉(zhuǎn)換為目標阻抗。例如，L型網(wǎng)絡通過串聯(lián)或并聯(lián)LC元件，抵消電抗并調(diào)整電阻值。四分之一波長變換器（Quarter-WaveTransformer）：在高頻段，使用長度為

λ/4（λ為信號波長）的傳輸線，將負載阻抗

ZL?

轉(zhuǎn)換為

Z02?/ZL?，從而匹配源阻抗

Z0?。漸變線匹配（TaperedLine）REF_Ref23638\r\h[24]：通過漸變傳輸線的截面（如寬度漸變的微帶線），使阻抗從源端到負載端平滑變化，減少反射，適用于寬頻帶匹配。在負載阻抗動態(tài)變化的場景（如雷達天線、可調(diào)諧濾波器），需采用自動阻抗匹配器，通過傳感器實時監(jiān)測反射信號，調(diào)整匹配網(wǎng)絡中的可變電容/電感，實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化。當信號在平衡傳輸線（如雙絞線）與不平衡傳輸線（如同軸電纜）之間傳輸時，需通過Balun轉(zhuǎn)換阻抗并平衡信號相位，避免共模噪聲干擾。阻抗匹配理論是連接電路設計與實際工程的橋梁，從低頻電路的功率最大化到高頻系統(tǒng)的信號完整性，再到新興領域的前沿應用，其核心思想始終圍繞“消除不連續(xù)性、優(yōu)化能量傳輸”。隨著通信技術向高頻段、寬頻帶發(fā)展，以及量子計算、高速數(shù)據(jù)中心等領域的興起，阻抗匹配技術將持續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)，但其作為工程設計基石的地位不會改變。理解阻抗匹配的本質(zhì)，不僅是電子工程師的必備技能，更是解決復雜系統(tǒng)問題的關鍵鑰匙。2.3復合材料吸收率在現(xiàn)代科技與工程領域，材料的“吸收率”已成為衡量其功能性的核心指標之一。復合材料吸收率REF_Ref23582\r\h[25]，通常指材料對特定能量（如電磁波、聲波、熱能等）的吸收能力，表現(xiàn)為能量通過材料時被轉(zhuǎn)化為其他形式（如熱能、機械能）的效率。隨著信息技術、國防軍工、新能源等領域的快速發(fā)展，對復合材料吸收率的調(diào)控需求日益迫切：從隱身戰(zhàn)機的雷達吸波涂層到智能手機的電磁屏蔽材料，從建筑隔音板材到太陽能集熱裝置，復合材料的吸收性能直接決定了其應用價值。本文將從基礎理論、影響因素、制備方法及前沿應用等方面，系統(tǒng)解析復合材料吸收率的關鍵技術與研究進展。復合材料吸收率的基礎理論，復合材料的吸收行為本質(zhì)上是能量與物質(zhì)相互作用的過程。以電磁波吸收為例，其核心理論基于麥克斯韋方程組與物質(zhì)電磁參數(shù)的關系。材料的復介電常數(shù)（ε=ε′?jε′′）和復磁導率（μ=μ′?jμ′′）決定了電磁波的反射、透射與吸收：電阻損耗：導電填料（如碳納米管、金屬粉末）通過焦耳效應將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能；介電損耗：極性分子或界面極化（如陶瓷填料與聚合物基體的界面）在交變電場中產(chǎn)生能量耗散；磁損耗：鐵磁性材料（如鐵氧體、金屬微粉）通過磁滯損耗、渦流損耗消耗磁場能量。根據(jù)傳輸線理論，材料的反射率

R

可表示為：R=(2-16)其中

Zin?

為材料輸入阻抗，Z0?

為自由空間阻抗。理想吸波材料需滿足

Zin?≈Z0（阻抗匹配）和內(nèi)部強損耗（高

ε′′

與

μ′′），從而最小化反射并最大化吸收。吸收性能的評價指標，吸收頻段：材料有效吸收的頻率范圍（如X波段、Ku波段）；吸收強度：常用反射損耗（RL，單位dB）表示，RL<?10

dB對應吸收率>90%；厚度與密度：輕質(zhì)化是復合材料的重要優(yōu)勢，需平衡吸收性能與結構重量；環(huán)境穩(wěn)定性：溫度、濕度、機械應力對吸收性能的影響。影響復合材料吸收率的關鍵因素，組分設計：填料類型與配比，導電/導磁填料：碳基材料：石墨烯、碳納米管（CNT）、碳纖維（CF）具有優(yōu)異導電性能，其高長徑比可形成導電網(wǎng)絡，增強電流損耗。例如，石墨烯/環(huán)氧樹脂復合材料在10-18GHz頻段表現(xiàn)出顯著介電損耗。金屬基填料：金屬微粉（如鎳、鈷）與合金（如羰基鐵）兼具導電與導磁特性，適用于寬頻吸收；納米級金屬顆粒因表面效應可產(chǎn)生額外損耗。陶瓷填料：鈦酸鋇（BaTiO?）、氧化鋅（ZnO）等介電陶瓷通過極化損耗吸收能量，常用于高頻段（如毫米波）?；w材料：聚合物（環(huán)氧樹脂、硅橡膠）因易加工、低密度成為主流基體；陶瓷基（氧化鋁、碳化硅）則適用于高溫環(huán)境。填料的含量、分散性與界面結合至關重要：過量填料會導致團聚，降低均勻性；界面缺陷可能形成極化中心，增強損耗。結構設計：從宏觀到微觀，多層梯度結構：通過逐層調(diào)整填料濃度（如外層低介電層匹配阻抗，內(nèi)層高損耗層增強吸收），實現(xiàn)寬頻吸收。典型案例為“Salisbury屏”（單層電阻片）與“Jaumann”結構（多層阻抗?jié)u變層）。超材料與納米結構：周期性排列的亞波長結構（如開口環(huán)諧振器、螺旋天線）可通過人工設計等效電磁參數(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)材料無法具備的吸收特性（如窄帶強吸收、角度不敏感吸收）。多孔與輕量化結構：泡沫、蜂窩等多孔結構通過增加傳播路徑與散射效應，增強聲波或電磁波吸收。例如，碳泡沫/碳化硅復合材料在高溫下對紅外輻射具有高效吸收能力。環(huán)境因素：溫度、濕度與頻率依賴，溫度：高溫下材料電導率與磁導率可能變化（如鐵氧體居里溫度以上磁性消失），需開發(fā)耐高溫吸收劑（如碳化硅纖維、六方氮化硼）。濕度：吸濕性填料（如某些陶瓷）可能導致介電常數(shù)漂移，需通過表面改性（如硅烷偶聯(lián)劑處理）提高抗?jié)裥?。頻率響應：低頻段依賴磁損耗（如鐵氧體），高頻段依賴介電損耗（如碳基材料），寬頻吸收需復合多種損耗機制。前沿應用領域，國防軍工：隱身與電磁防護，飛行器隱身涂層REF_Ref23510\r\h[26]：F-22戰(zhàn)機使用的“雷達吸波結構材料（RAM）”為多層復合體系，外層為透波樹脂，內(nèi)層含鐵氧體與碳纖維，實現(xiàn)全向?qū)掝l吸收（2-40GHz），降低雷達散射截面（RCS）。電子設備電磁屏蔽：5G基站天線罩需在高頻段（如28GHz）抑制干擾，石墨烯/聚酰亞胺薄膜通過高導電網(wǎng)絡吸收雜散電磁波，保障信號純凈度。能源領域：光熱與能量轉(zhuǎn)換，太陽能吸收材料：碳基/陶瓷復合涂層（如碳納米管/Al?O?）具有高太陽吸收率（>95%）與低發(fā)射率，用于槽式太陽能集熱器，提升熱能轉(zhuǎn)換效率。電磁波能量回收：將吸波材料與整流電路結合，構建“電磁能量收集器”，可將環(huán)境中的WiFi信號轉(zhuǎn)化為電能，為物聯(lián)網(wǎng)傳感器供電。民生與環(huán)保：降噪、隔熱與健康，建筑隔音材料：多孔聚氨酯/玻璃纖維復合材料通過聲波在孔隙中的摩擦損耗，降低中低頻噪音（500-2000Hz），應用于高鐵車廂與住宅隔墻。電磁輻射防護：孕婦防輻射服采用金屬纖維與聚酯纖維混紡，通過導電網(wǎng)絡吸收手機、路由器產(chǎn)生的電磁輻射，保護人體健康。復合材料吸收率的調(diào)控是材料組分、結構設計與制備工藝的協(xié)同優(yōu)化過程。從單一損耗機制到復合損耗體系，從靜態(tài)吸收到動態(tài)智能響應，相關技術正朝著寬頻、輕質(zhì)、環(huán)境友好與多功能集成的方向發(fā)展。隨著電磁兼容、隱身技術、新能源等領域的需求升級，復合材料吸收率的研究將不斷突破理論與應用邊界，為下一代功能性材料的設計提供核心驅(qū)動力。未來，跨學科融合（如機器學習輔助材料設計、納米技術與超材料結合）將成為提升吸收率的關鍵路徑，推動復合材料從“功能單一”走向“智能多元”。2.4數(shù)值模擬首先建立幾何模型，使用專業(yè)的電磁仿真軟件（如CSTMicrowaveStudio、HFSS等），按照圖案化電阻膜的實際結構參數(shù)創(chuàng)建幾何模型REF_Ref23291\r\h[27]。包括電阻膜的圖案形狀（如周期性結構、分形結構等）、尺寸（如膜的厚度、圖案單元的大小、間距等）、基底的尺寸和材料屬性（如介電常數(shù)、磁導率等）。例如，若設計的是周期性的圖案化電阻膜，可創(chuàng)建一個包含單個圖案單元的模型，通過設置周期性邊界條件來模擬無限大的結構。其次材料屬性設定，根據(jù)實際的電阻膜材料，設置其電導率、厚度等參數(shù)。電阻膜的電導率會影響其電阻值，進而影響吸收體的性能。準確輸入基底材料的介電常數(shù)和磁導率等參數(shù)。不同的基底材料會對微波的傳播和吸收產(chǎn)生不同的影響。對邊界條件進行設置，對于有限尺寸的模型，設置合適的吸收邊界條件（如PML-完美匹配層），以模擬無限大的空間，避免邊界反射對結果的影響。對于周期性結構，使用周期性邊界條件來簡化計算。根據(jù)仿真的目的，選擇合適的激勵方式。例如，可以使用平面波作為激勵源，設置其頻率范圍（對應低頻微波頻段，如幾十MHz到幾GHz）、極化方式（如水平極化、垂直極化）等參數(shù)。對網(wǎng)絡進行劃分，合理劃分網(wǎng)格是確保仿真精度和計算效率的關鍵。對于圖案化電阻膜和基底等不同區(qū)域，根據(jù)其幾何形狀和電磁特性，設置不同的網(wǎng)格精度。一般來說，在電阻膜附近和電場、磁場變化劇烈的區(qū)域，需要更細的網(wǎng)格；而在其他區(qū)域，可以使用較粗的網(wǎng)格以提高計算效率。最后就是進行求解和結果分析運行仿真計算REF_Ref26038\r\h[28]，得到吸收體的電磁響應結果，如反射系數(shù)、吸收系數(shù)、電場分布、磁場分布等。根據(jù)仿真結果，對圖案化電阻膜的結構參數(shù)（如圖案形狀、尺寸、電阻膜的電導率等）進行調(diào)整和優(yōu)化，以獲得更好的吸收性能，如更寬的吸收頻段、更高的吸收效率等。重復上述仿真計算步驟，直到達到滿意的設計要求。2.5CST仿真軟件介紹CST由德國ComputerSimulationTechnology公司開發(fā)（現(xiàn)隸屬于達索系統(tǒng)），是一款專注于電磁場、電路及多物理場耦合仿真的專業(yè)工具。其核心目標是通過虛擬建模替代物理原型測試，大幅縮短研發(fā)周期并降低成本。軟件覆蓋從低頻到高頻（DC至THz）、從芯片級到系統(tǒng)級的全尺度電磁問題，主要功能包括：高頻設計：天線、濾波器、雷達吸波材料等微波射頻器件優(yōu)化。信號與電源完整性：PCB電路板、芯片封裝的串擾、損耗與時延分析。電磁兼容性（EMC/EMI）：電子設備的輻射發(fā)射與抗干擾能力評估。多物理場耦合：電磁-熱-結構力學的聯(lián)合仿真（如散熱設計、器件形變分析）。生物電磁學：評估電磁波對人體組織的影響（如手機SAR值、醫(yī)療設備安全性）。在5G通信、智能汽車、太赫茲技術等前沿領域爆發(fā)式發(fā)展的今天，電磁仿真已成為連接理論設計與工程實踐的關鍵橋梁。作為全球電磁仿真領域的標桿工具，CSTStudioSuite憑借其多物理場耦合能力、高效求解算法和全鏈路設計支持，為工程師打造了一個虛擬的“數(shù)字實驗室”，推動著從芯片到衛(wèi)星的復雜系統(tǒng)研發(fā)范式革新。CSTStudioSuite的核心是對電磁場的精準建模與求解。其底層采用時域有限積分法（FIT）和頻域有限單元法（FEM）雙引擎架構，覆蓋從靜態(tài)場到100GHz以上的高頻電磁問題。例如，時域求解器（CSTMWS）通過FIT技術，可高效模擬超寬帶天線的瞬態(tài)響應；而頻域求解器（CSTEMS）利用FEM技術，能精確分析濾波器等窄帶高Q值結構的場分布。針對電大尺寸目標（如飛機、整車），軟件集成的快速多極子算法（MLFMM）可將計算量壓縮至O(NlogN)級別，顯著提升效率。多物理場耦合是CST的另一大優(yōu)勢。通過與達索系統(tǒng)SIMULIA平臺的深度集成，CST可實現(xiàn)電磁場與熱、結構、流體等多物理場的雙向耦合仿真。例如，在汽車雷達設計中，工程師可同步分析傳感器在高溫環(huán)境下的電磁屏蔽性能與結構形變，提前規(guī)避因熱脹冷縮導致的信號失真風險。這種跨學科協(xié)同能力，使CST成為復雜系統(tǒng)級設計的核心工具。CST的應用版圖覆蓋了電磁領域的全產(chǎn)業(yè)鏈：通信與雷達：在6G研發(fā)中，某頭部設備商利用CST2024的FIT求解器（速度提升30%）完成了太赫茲頻段星間鏈路天線設計，研發(fā)周期縮短40%。其參數(shù)化建模功能支持快速調(diào)整天線陣列尺寸，結合遺傳算法優(yōu)化，可在數(shù)小時內(nèi)實現(xiàn)波束賦形性能的全局最優(yōu)解。汽車電子：針對智能汽車的傳感器融合挑戰(zhàn)，CST提供從PCB級EMI分析到整車電磁兼容測試的全流程解決方案。例如，某Tier1供應商通過CST的虛擬暗室技術，將實車測試次數(shù)減少60%，同時精準預測雷達與攝像頭的電磁干擾風險。半導體封裝：在3D異構集成趨勢下，CST支持芯片-封裝-系統(tǒng)的協(xié)同仿真。某半導體企業(yè)通過電磁-熱-應力多場耦合分析，將77GHz雷達芯片封裝效率提升25%，并優(yōu)化了SiP模塊的長期可靠性。國防與航天：在衛(wèi)星載荷設計中，CST的粒子追蹤模塊（CSTParticleStudio）可模擬高能粒子在射頻部件中的運動軌跡，為抗輻射設計提供關鍵數(shù)據(jù)。某航天機構使用該功能完成了星載相控陣天線的抗干擾驗證，確保其在惡劣空間環(huán)境下的穩(wěn)定性。針對中國用戶需求，CST推出了全漢化版本，從菜單到幫助文檔均實現(xiàn)本地化，并提供中文模板和案例庫。北京億達四方等代理商還為國內(nèi)企業(yè)提供定制化培訓與技術支持，例如為山東某新能源汽車企業(yè)提供車載雷達電磁兼容的專項解決方案。在高校科研領域，CST學習版免費開放基礎功能，助力電子信息類專業(yè)學生掌握電磁仿真核心技術。從5G基站的毫米波天線到量子通信的太赫茲器件，CSTStudioSuite以其“精準建模、高效求解、智能優(yōu)化”的三位一體能力，成為全球工程師信賴的“數(shù)字實驗室”。隨著AI、量子計算等技術的深度融合，CST正引領電磁仿真進入智能化、協(xié)同化的新紀元，為中國在6G、智能汽車等戰(zhàn)略領域的技術突破提供堅實支撐。無論是科研院所的前沿探索，還是制造企業(yè)的量產(chǎn)驗證，CST始終是連接創(chuàng)意與現(xiàn)實的關鍵紐帶。第三章低頻微波吸收體的設計3.1基礎結構吸波體的分析比較常見的金屬MA，吸波原理源于電磁諧振，往往表現(xiàn)出頻點或窄帶吸收REF_Ref22769\r\h[29]。寬帶吸波結構常用設計方法有：加載集總器件、阻性材料替換金屬圖案、多層堆疊等。綜合考慮吸波帶寬與厚度，基于電阻膜材料設計了一款雙層寬帶吸波結構REF_Ref22700\r\h[30]，單元結構如圖3-1所示。該結構由表面蒙皮、兩層電阻膜圖案、三層介質(zhì)基板以及金屬底板構成。其中上層電阻膜圖案為分形方片結構，下層電阻膜圖案為方塊結構，表面蒙皮采用石英玻璃纖維（εr=3.6，tanδ=0.0038），介質(zhì)基板采用聚甲基丙烯酰亞胺（Polymethacrylimide，PMI）泡沫板（εr=1.1，tanδ=0.0019），上層分形方片結構電阻膜方阻Rsq1為200Ω/sq，下層方塊結構電阻膜方阻Rsq2為240Ω/sq，金屬基板為厚度為0.02mm的金屬銅膜。具體幾何參數(shù)為：h1=5mm,h2=5mm,h3=2mm,t=0.8mm,p=20mm,w=2.5mm,s=3.5mm,d1=17.2mm,d2=19mm。圖3-1吸波結構基于這樣的吸波結構，我們在cst中對他的吸波效率進行仿真，可以得到如圖所示的S11的仿真線性曲線：/11S/11S圖3-2基于建模材料的反射曲線3.2吸波器與入射電磁波的接觸面積對吸收率的影響我進一步改變吸波體的長和寬，從而改變了電磁波與吸波體的接觸面積，探究吸波器的吸收率的影響。當吸波體的大小變?yōu)?1mm長寬及0.02mm的厚度時，我們可以得到如下圖所示的反仿真線性曲線：/11/11S圖3-3大小為21mm材料的反射曲線當吸波體的大小變?yōu)?2mm長寬以及0.02mm厚度時，我們可以得到如下圖所示的仿真線性曲線：/11/11S圖3-4大小為22mm材料的反射曲線當吸波體的大小變?yōu)?8mm長寬以及0.02mm厚度時，我們可以得到如下圖所示的仿真線性曲線：/11/11S圖3-5大小為18mm材料的反射曲線當吸波體的大小變?yōu)?5mm長寬以及0.02mm厚度時，我們可以得到如下圖所示的仿真線性曲線：/11/11S圖3-6大小為15mm材料的反射曲線上述吸波體都構造在一塊擁有大于它們4mm邊長的金屬基底上，當吸波體的長寬降低時，在低頻部分的反射率有了較大的升高，即降低了吸波體的吸收效率，這與我們所需要的高吸收率的微波吸收器由較大的出入，因此我們不難判斷，當我們減小了吸波材料與電磁波的有效接觸面積后，吸波體對電磁波的有效吸收也隨之減小了。但吸波器在現(xiàn)實中的運用通常使用于例如電磁屏蔽、雷達隱身、太陽能電池等領域，在這些領域中，我們總希望吸波器的體積盡可能的小，這樣的吸波器擁有較好的可植入性，在現(xiàn)實生活中有更好的使用空間。因此，后續(xù)的實驗中我們不能一味的增加電磁波與吸波體的接觸面積從而來達到我們預期的吸收效率。3.3吸波體的厚度對吸收率的影響在剛剛我們探究完電磁波與吸波器的接觸面積對于吸收率的影響，接下來便是吸波體的厚度對于吸收率的影響對比。我們將長寬固定為20mm，再分別探究0.03mm厚度與0.08mm厚度的吸波體所呈現(xiàn)的效率。對于0.03mm厚度的吸波體，我們得到的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-70.03mm厚度材料的反射曲線對于0.08mm厚度的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11S/11S圖3-80.08mm厚度材料的反射曲線對于2mm厚度的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-92mm厚度材料的反射曲線對于1mm厚度的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-101mm厚度材料的反射曲線對于1.5mm厚度的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-111.5mm厚度材料的反射曲線如上五張反射率曲線圖所示，隨著吸波體厚度的提升，吸收率也得到了顯著的提升。尤其對于2mm厚度的吸波體而言，在1GHz-6Ghz的頻率范圍內(nèi)，甚至已經(jīng)達到了我們所需要的90%以上的吸收率，但如何才能讓吸波體再更低頻段內(nèi)獲得較高的吸收率，以及如何確保吸波體在低頻段能夠獲得相對穩(wěn)定的吸收效率，而不是像上圖所示的峰形波，成為了我們下一步探索首要的解決問題。3.4電導率對吸波體吸收率的影響首先，我們將探究不同材料對吸波器的影響，我們將構成吸波器的材料的電導率改為0.5S/m、5S/m、50S/m以及100S/m，對它們的反射曲線進行仿真。如下圖：對于0.5S/m電導率的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-120.5S/m電導率材料的反射曲線對于5S/m電導率的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-135S/m電導率材料的反射曲線對于50S/m電導率的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-1450S/m電導率材料的反射曲線對于100S/m電導率的吸波體，我們得到的的仿真線性曲線如下圖：/11/11S圖3-15100S/m電導率材料的反射曲線觀察10S/m、50S/m、100S/m三種不同電導率的材料組成的吸波器的反射曲線，我們發(fā)現(xiàn)當吸波器材料的電導率在一定范圍內(nèi)越低時，即電阻越高時，吸波器的反射率越低，即吸收率越高。但當我們觀察0.5S/m、5S/m、10S/m的三種不同電導率的材料組成的吸波器的反射曲線時，卻呈現(xiàn)出了電導率越低，吸收率越低的特性曲線。因此，我們不難推測，電阻阻值對吸波體吸收效率的影響是復雜的，在一定的區(qū)間內(nèi)，我們不能單一的尋求高電導率材料或是低電導率材料，而是要在需求范圍內(nèi)尋找吸收效果最佳的電導率，基于該電導率進行進一步仿真。第四章總結吸波體或者吸波材料自從被提出之后經(jīng)歷了好多回變革，最開始是Salisbury屏，發(fā)展到現(xiàn)在變成了超材料復合結構，它的襯底厚度慢慢變小，吸波帶寬卻一直在擴大，本文仿真了一種以表面蒙皮、兩層電阻膜圖案、三層介質(zhì)基板以及金屬底板構成的吸波體，經(jīng)過多次對材料的電導率、大小、厚度等進行調(diào)節(jié)后，可以大致得出這種結構在2mm厚度1GHz到6GHz頻段里對于正入射的電磁波吸收率可達到90%以上。本文對本吸波體的仿真，第一圖案形狀作為關鍵參數(shù)之一，對微波吸收性能有著深遠影響。眾多研究通過對比圓形、矩形、六邊形等不同形狀的圖案單元，深入挖掘其內(nèi)在規(guī)律，本文也正是通過仿真其中一種形狀的吸波體材料得到了一定的規(guī)律和結果。第二膜層厚度始終是微波吸收體設計的核心考量因素，通過不斷的替換數(shù)據(jù)對其仿真結果進行記錄再與本文需要的2mm厚度仿真結果進行對比得到一定的規(guī)律。第三材料電阻率同樣不容忽視，選用不同電阻率的導電材料制備圖案化電阻膜，以探究其對吸波性能的影響。經(jīng)過不斷仿真計算可知，在1GHz至6GHz頻率范圍內(nèi)，所設計的結構吸收率超過90%，平均吸收率達到98.23%。與參考文獻里的其他吸波體結構作對比，結果顯示本文設計的吸波體有尺寸小、頻帶寬以及吸收性能良好等優(yōu)點，為周期性超材料吸波結構的設計提供了一定的有價值的參考。雖然本文成功仿真出一種不一樣的吸波體結構，然而鑒于知識水平以及研究條件的約束，該設計仍有較大的優(yōu)化余地，舉例來說，本文所設計的吸波體，在一些對尺寸要求十分嚴格的場景當中，這一尺寸或許難以契合實際需求，另外本文里設計的參數(shù)僅僅借助軟件仿真進行了驗證，尚未制作實物并開展具體的實驗測試，這些工作仍需要改進。

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