摘要: 超材料（Metamaterial）可以通过设计不同的结构单元来实现不同的电磁特性，是一种新型人工材料,可以通过设计超材料亚波长结构单元及其尺寸参数，来实现调控超材料的有效介电常数和磁导率，以获得所需的电磁特性。由于超材料的谐振特性，它在特定频率... 展开 超材料（Metamaterial）可以通过设计不同的结构单元来实现不同的电磁特性，是一种新型人工材料,可以通过设计超材料亚波长结构单元及其尺寸参数，来实现调控超材料的有效介电常数和磁导率，以获得所需的电磁特性。由于超材料的谐振特性，它在特定频率的电磁场作用下会产生很强的局域场效应，并感应出强表面电流，由此在局部范围内电场强度急剧增大。因此，超材料在谐振频率附近会有比较大的介电损耗和金属欧姆损耗。以前学者对超材料的研究一般都集中于如何降低超材料的损耗，以使其具有更好的负折射率特性或是负磁导率特性，对高吸收甚至完美吸波器的研究相对较少。本文通过设计超材料的几何结构和尺寸参数，研究了在满足表面阻抗和自由空间阻抗相匹配的条件下，十字架型吸波器对特定频段电磁波的吸收性能。采用数值模拟和理论分析相结合的方法，对十字架结构超材料完美吸波器在中红外波段的吸收特性进行了系统研究，并且通过实验工艺制备了单层十字架结构阵列的超材料吸波器。 根据超材料吸波器的基本理论，运用电磁仿真软件COMSOL分别模拟了当外加电磁波垂直入射时，单层、双层十字架结构超材料吸波器在中红外波段的光谱特性。此外，探讨了不同入射角度对该超材料吸波器吸收效果的影响。利用等效LC电路模型，分析了单层十字架结构超材料吸波器的谐振频率随十字架结构几何尺寸参数和中间介质层介电函数值变化的移动规律。 基于上述模拟结果，通过S参数反演法计算了十字架结构超材料吸波器的等效电磁参数，并得到其在谐振频率下的阻抗和电磁损耗，结果证明了该吸波器的阻抗与自由空间的阻抗相匹配。进一步，根据十字架结构超材料吸波器的电磁损耗因子，分析了该吸波器在谐振频率处的电磁损耗机制。通过改变该吸波器的结构尺寸参数和介质层介电函数值，实现了对谐振吸收位置的调控。此外，对十字架结构超材料吸波器进行了结构变形设计，得到了优化的蝴蝶结结构吸波器，并实现了多频吸收。 收起