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摘要：本文结合周期结构电磁超材料吸波体的吸波机理和基本要求，详细分析导电单元、介质层等对单层超材料吸波体吸波性能的影响展开深入分析，希望为推进周期结构电磁超材料吸波体的发展提供参考。

关键词：周期结构；电磁超材料；吸波体；设计进展

在目前信息化发展形势下，以现有的雷达探测电磁波为基础，可以获取定位，同时为了最大限度避免各种重要信息被泄露，随之而来的隐身技术也被广泛应用在实践中，其中电磁吸波材料的应用，被作为隐身性能中非常重要的基础载体之一。传统形势下的吸波材料在应用时，其可以按照成型工艺、承受力等不同的类型，将其划分为涂覆型吸波材料、结构型吸波材料等，而其中的主体多数情况下都是以磁性材料为主，具有密度大等不同的缺点问题。基于此，要对其进行改良和优化，将碳纳米管、有机聚合物等复合性的吸波材料作为其中的基础，但是需要注意的是在整个制备中要妥善处理好其中存在的问题，以此来推进其未来可持续发展。

1周期结构电磁超材料吸波体的吸波机理

超材料吸波体自身具有导电单元层、介质层、反射层等相关结构组合而成，其主要在实际应用过程中，将电磁波入射到对应的超材料表面当中的时候，其自身的周期结构导电单元势必会产生出一系列的电谐振，而在位置处会出现强吸收的情况。紧接着在电磁波全部都进入到介质层之后，在整个介质层当中难免会产生一系列介质损耗，需要注意的是介质的损耗与介质特性之间具有非常密切的联系[1]。此外，电磁波在整个导电单元、反射层等方面，会产生对应的反向平行表面电流，在这种形势下，与其相对应的反向平行电流，就会造成磁偶极矩的共振激励，进而产生对应的磁损耗。电磁波进入超材料吸波体内部示意图，如图1所示。

根据图1中呈现出的内容，电磁波在进入到超材料吸波体的内部时，其整个走势相对比较良好，而入射波在接触到对应的超材料吸波体导电单元表面的时候，通常需要结合目前的实际情况来进行调整和优化。通常会直接在导电单元表面产生出对应的谐波电场，在这种形势下，其自身的整体材料设计要结合实际要求，尤其是要保证其可以满足目前阻抗匹配特性等各方面的基本要求。导电单元层与介质层之间具有非常密切的联系，某种程度上可以被看作是其并联后直接与空气特征阻抗大小形成有效匹配的电阻，这种形势下的电阻会导致部分电磁波被损耗掉。除此之外，其中还有一部分的电磁波会直接进入到材料的内部，而只有小部分的电磁波波会直接被反射到空气当中，对于已经进入到材料内部的电磁波来说，要根据介质材料自身的特性，对材料在使用时的损耗问题进行分析，更重要的是可以将其直接转变成为其他类型的能量，对其造成的一系列耗散问题进行分析和处理，一直到金属备办再次被反射为止[2]。其中还有一部分会直接被返到材料的外部位置上，而还有一部分则会被继续留在介质内部，进而根据实际要求实现反复的吸收或者是衰减处理。

2周期结构电磁超材料吸波体的基本要求

虽然目前在整个超材料吸波体应用过程中，其主要是指表面周期结构导电单元对应的谐振机制，同时对其表面周期表面结构导电单元进行分析，并与反射层结合在一起，形成共同作用，这样有利于实现反向平行电流的整个磁损耗机制。更重要的是其可以与电损耗型、磁损耗型等各种不同类型的材料吸波机理结合在一起，需要注意的是各不同类型的机理大不相同，要想保证吸波的效果，就必须要保证吸波材料的一致性。尤其是对于超材料吸波体来说，其在表面阻抗匹配性等方面，也要具备良好的应用效果，同时还要强调其电磁损耗性能，在具体应用过程中要保证电磁波完全的入射，且进入到吸波体当中，这样做的根本目的是为了实现阻抗匹配，也就是要最大限度满足目前超材料吸波体表面输入阻抗等基本要求，这样才能够实现对其自由空间波阻抗的合理利用[3]。在该基础上，对超材料单元结构进行科学合理设计和利用，这样做的根本目的是为了促使等效电磁的参数可以达到标准要求，其自身的反射率可以控制在0左右，此时其对应的吸收率也最高。

从介质层的角度对其进行分析时，其对吸波性能也会产生一系列的影响，究其原因主要是由于介质层当中普遍都会带来一系列的介质损耗，与其相对应的介电损耗角正切越小，那么与其相对应的共振频率范围也会越来越小，特别是与其相关的吸波带宽也会随之发生变化，进而越来越窄。

3周期结构电磁超材料吸波体的影响因素

3.1导电单元的影响

3.1.1导电单元几何结构的影响

传统形势下的超材料吸波体在投入正式使用时，与其相对应的导电单元基本上都是利用金属材料来进行制作和使用，这种形势下多数情况下都是产生出来单一的谐振峰，以这种类型的几何结构为主，有利于实现窄带高吸波的效果。但是目前结合实际情况不难看出，现阶段的电磁环境越来越复杂，要尽量满足目前多频带、宽频带等各面吸波提出的基本要求，所以要对导电单元几何结构进行深入分析，其对整个作用性能会产生的影响相对比较明显。从单一几何结构的角度展开深入分析时，发现其对应的导电单元基本上都会产生出对应的单一谐振峰，这种形势下势必会将多个相似的几何结构单元形成有效组合，进而逐渐形成全新的导电结构单元[4]。在这种形势下，对超材料吸波体吸波带宽可以形成有效的调节，在具体操作中，可以将同样的几何形状导电图进行放大、缩小等处理，在完成一系列的操作之后，可以逐渐组合成全新的导电结构单元，这样做的根本目的是为了实现对频带拓宽的效果。三个单元分别实现三频带吸波的超材料吸波体，如图2所示。

（2））单元结构；（b）仿真反射率、透射率、吸收率结果

结合图2中的内容展开分析时，与其相对应的几何节候导电图案在经过等比例放大、缩小处理之后，可以逐渐组合成一个全新的导电单元结构，进而从中获取对应的吸收峰，在7.44GHz、10.37GHz、12.27GHz上的吸收率分别可以达到97.8％、95.9％、98.6％，在这种形势下可以直接实现多频带吸波的目的。此外，该方法在投入正式使用时，还可以在宽频带吸波体设计中实现合理利用，在具体操作过程中，可以直接安排4个尺寸不同、形状基本上一致的梯形金属铜片，将其直接排列在一起进而可以组合成一种具有宽频带超材料特征的吸波。经过数据调研和统计分析结果，其处于7.72至8.84GHz的范围内时，其对应的吸收率可以达到90%以上。

3.1.2导电单元材料的影响

导电单元在使用时，其中会涉及到的材料类型相对比较多，其中包括纯金属以及导电浆料等，这些材料在使用时具有非常重要的影响和作用，尤其是在导电单元几何结构相同的形势下，其选择和利用的材料之间具有较大的差异性，势必会导致导电率以及加工方式之间具有一定差距。对于部分典型性超材料吸波体来说，其在投入正式使用时，一般都是选择利用金属材料，包括铜、银等，这种类型的导电单元材料自身具有较高的电导率，所以对应产生出来的谐振峰也相对比较强[5]。在电导率、质量以及成本等诸多因素条件的影响下，铜可以被看作是金属导电材料类别中最为重要的材料之一，同时也是最佳材料，尤其是超材料吸波体导电单元在设计时，也多数情况下都是以铜作为其中的主体材料。

3.2介质层的影响

结合目前超材料吸波体设计和使用现状，介质层也是其中非常重要的一部分，尤其是在导电单元层与反射层之间，与其对应的介质层电磁性、厚度等各项参数对吸波性能会产生直接性影响。结合目前提出的一系列要求展开深入分析时，材料自身的电磁性能作为介质层在划分时的重要参考依据，一般将其划分为无损耗型、低损耗型以及电损耗型等不同类型的结构。在对各种不同类型的结构进行分析时，发现其中无损耗或者低损耗介质层基本上都是利用透波的高分子材料基板作为其中的基础，比较常见的以F4B、FR4介质基板等为基础，这种形势下可以根据实际要求，直接将聚甲基丙烯酰亚胺与聚对苯二甲酸乙二醇酯叠合在一起。紧接着，根据实际要求，利用多层介质层混合排布的方式，可以对频带进行适当的拓宽处理，在该基础上可以选择利用PET等各种不同类型的材料，将这些材料全部都叠加组合在一起，进而形成介质层。这种类型的介质层与单一层展开对比分析时，其对应的超材料吸波体工作频带势必会被拓宽，此时的吸收率也会有所增加。与此同时，以导电层、介质层和反射层为基础，实现对整体结构的设计，通过该结构的合理利用，可以满足目前预期吸波性能等方面的基本要求。

此外，对于电损耗介质层来说，可以根据实际要求，适当将导电成分混入或者是以再次叠加的方式加入到无损耗、低损耗介质当中，或者直接开发出符合要求的电损耗型介质，这样做的根本目的是为了强调宽频带自身的吸波效果。从厚度的角度着手对其进行分析时，不难发现超薄吸波材料在应用时具有非常重要的影响和作用，但是其自身的表层导电单元与反射层相互之间会产生互相消除的作用，与电磁波的波长进行匹配时，必须要保证其厚度可以达到标准要求。目前在科学技术不断进步和快速发展的形势下，薄厚度的超材料吸波体是0.61mm，其自身的介质层在设计和利用时，主要以Fe-Co软磁复合材料作为其中的基础主体，这样不仅可以实现低频宽带吸波，而且其自身的厚度也会有明显的下降趋势。特别是在低频电磁波波长处于比较长的状态下，要想真正的在1至18GHz范围内，达到90%以上的吸收率，就必须根据实际要求，妥善处理好目前存在于厚度方面的问题。究其原因主要是由于如果厚度超高，那么势必会影响其实用性价值，所以在现阶段以及未来研究过程中，要积极采取有针对性的对策，尽可能减少低频超材料吸波体的厚度，这样才能够保证其自身的应用效果。

4结语

超材料吸波体自身具有相对比较良好的阻抗匹配性特征，需要经过内部不断衰减才能够实现优异吸波，所以要结合目前提出的一系列基本要求，对不同导电材料、制备方式以及介质材料等进行分析，这样可以从中设计出符合实际要求的单频、多频等各种不同类型的吸收材料。在该基础上，要加强现阶段以及未来发展中对其研究力度，以便推进其可持续发展。

参考文献：

[1]李旭光，吴雪猛，石珺玺，等.蜂窝夹层结构复合材料的吸波隐身技术研究进展[J/OL].复合材料学报，1-15[2024-04-03].

[2]张鑫，戴银所，房建国，等.基于集总电阻的“十”字型宽频超材料吸波体仿真和分析[J].测试技术学报，2022，36（04）：320-326+331.

[3]习柏林.电磁超材料中微波吸波体结构参数对电磁谐振的影响研究[J].现代信息科技，2022，6（05）：53-56.

[4]张鑫，戴银所，房建国，等.基于电阻膜的双层宽频电磁超材料吸波器仿真及分析[J].电子技术与软件工程，2021，（21）：59-63.

[5]王彦朝，许河秀，王朝辉，等.电磁超材料吸波体的研究进展[J].物理学报，2020，69（13）：39-51.