摘要：In this paper, we design a varactor-tunable metamaterial absorber （MA）. The tunable MA is based on a mushroom-type high impedance surface （HIS）, in which varactors are loaded between adjacent metal patches to adjust the capacitance and tune the resonance frequency, the primary ground plane is etched as the bias network to bias all of the varactors in parallel, and another ultra-thin grounded film is attached to the bottom. Its absorption characteristics are realized for electrically dielectric loss. The simulated values of a sample indicate that a tunable frequency range from 2.85 GHz to 2.22 GHz is achieved by adjusting the varactor capacitance from 0.1 pF to 2.0 pF, and better than 0.97 absorbance is realized; in addition, the tunable frequency range is expanded from 4.12 GHz to 1.70 GHz after optimization.

摘要：设计、仿真并实验验证了基于宽边耦合螺旋结构的低频小型化超材料吸波体.实验测试结果表明,该超材料吸波体在1.39GHz吸收率达到最大为98%,其单元尺寸和总厚度均为6.8mm,约为1/32工作波长,实现小型化窄带吸波.由于吸波体中螺旋结构是旋转对称排列的,因而其对垂直入射电磁波的极化方向是不敏感的.此外,该超材料吸波体对斜入射横电和横磁极化电磁波在60时,仍具有强吸收.

摘要：针对超材料优化设计参数多、权重各异的特点,提出一种基于加权实数编码的遗传算法,该算法采用等位基因或双倍基因实现对遗传基因的加权编码,是二进制编码中加权思想的推广,与普通遗传算法相比,加权实数编码遗传算法加入了人工选择因素,既可以加快种群收敛速度,又可以提高算法的求解质量,尤其适用于种群规模较大的遗传优化计算,文中以一个超材料吸波体的优化设计为例,对算法进行了验证。

摘要：以环形单元为基础设计出一种三屏金属阵列通过两层薄介质级联的频率选择表面(FSS)。建立等效电路模型,根据传输线理论给出金属栅格阵列(感性表面)与间隔的金属方环(容性表面)的近似电容、电感公式,通过调整结构几何参数分析LC耦合机制,调谐出最优的宽带传输特性。最后,采用PCB加工工艺制备了FSS样件并在暗室进行了传输特性测试。得到的测试结果与数值结果一致,结果表明这种频率选择表面对电磁波大角度入射和不同电磁波极化方式都具有稳定的传输特性。

摘要：利用遗传算法对超材料进行优化设计,是近年来超材料优化设计的重要方法之一。设计了一套MATLAB与商业电磁仿真软件CST微波实验室的交互仿真体系,在MATLAB环境中编写遗传算法主程序,然后离线调用CST软件进行模型仿真计算,从而将具有强大全局寻优能力的遗传算法充分应用到超材料的优化设计中。然后以Y字紧凑型结构的二阶带通频率选择表面优化设计为例,采用基于罚函数法的遗传算法对这种设计思路进行了验证,取得了良好的设计效果。结果表明:与以往的设计方法相比,该方法编程简单,通用性强,设计周期短,优化效果好,同时可以推广到其他类型的超材料结构的优化设计中。

摘要：仿真并实验验证了基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体,该吸波体可以实现低频透射和高频吸收.实验测试结果表明,该吸波体在6.77GHz吸收率峰值为83.6%,半功率带宽为4.3%,实现窄带强吸收.为进一步拓展该谐振型超材料吸波体的吸收带宽,利用其低频透射特性,将两个工作于不同频段的吸波体叠加在一起,测试结果表明,复合后超材料吸波体的半功率带宽可以增大到10.9%,吸收率也略有增强.该超材料吸波体设计简单,具有较强的实用性和应用前景.

摘要：针对圆极化波,通过同极化反射超表面结构单元的空间排布,设计实现了一种二维非色散高效相位梯度超表面.同极化反射相位可以通过同极化反射超表面结构单元金属线的面内旋转来自由调控.实现的相位梯度超表面可对左右旋入射波产生相反的相位梯度.当线极化波入射到超表面上时,反射波被分为两束向相反方向传播的圆极化波.仿真了线极化波垂直入射时的反射功率密度谱,仿真结果与理论上设计的异常反射方向一致.制作了厚度为2 mm的超表面样品,测试了其镜面反射率曲线.实验结果表明,线极化波垂直入射时,超表面在9.5—19.0 GHz的镜面反射率降至-5 dB以下.

摘要：本文通过设计出一种反射型极化旋转超表面,在8—12 GHz频域内实现高效的极化旋转,并将其加载于微带缝隙天线下方构成新型的极化旋转超表面天线,利用超表面的90°极化旋转效应,成功实现了天线的圆极化辐射调制.仿真与实验结果表明:圆极化天线的中心工作频率为GHz,阻抗带宽为8.3—10 GHz.当微带缝隙天线与极化旋转超表面的间距H=4.5mm时,天线在8.3—8.8 GHz频带内实现了圆极化辐射;当mm时,天线在8.8—9.3 GHz频带内实现了圆极化辐射;当=8mm时,天线在9.3—10 GHz频带内实现了圆极化辐射.实验结果与仿真结果相符,证明了此种设计方法的有效性,也为微带缝隙天线的圆极化设计提供了一种新的途径.

摘要：相位梯度超表面可在其表面形成额外的平行波矢分量,从而可对反射波的反射方向进行调控,导致反常反射现象。主要研究在垂直入射情况下通过反射超表面实现对电磁波的反常反射,首先阐明了反射超表面的设计原理,得到了反射超表面的设计理论,并设计了基于开口谐振环的反常反射超表面。仿真和测试结果表明,通过优化设计不同结构参数的开口谐振环阵列单元,可以在设计频点处通过超表面平行波矢控制电磁波的反射方向,将反射波偏折到设计方向。由于其对电磁波反射方向的自由调控,反射超表面在天线、隐身等领域具有重要的应用前景,可望应用于高方向性天线、雷达散射截面缩减、反射聚焦平板等。

摘要：利用加载集总电阻的方式设计出一种极化稳定且宽入射角的宽带超材料吸波体(wide-band metamaterial absorber,WBMA),在平面波垂直入射时,其吸波半波功率带宽达12.7 GHz,吸波率大于90%的带宽达10.42 GHz,峰值吸波率达99.9%.将其与微带天线共基板共接地板的方式加载,制备出WBMA微带天线,实现了天线宽频域内雷达散射截面(radar cross section,RCS)大幅缩减.仿真与实测结果表明:将WBMA加载于微带天线后,天线的前向增益提高了0.53 d B,整体辐射特性基本保持不变;在不同极化波下,天线的工作频带带内和带外等宽频域(6.95—17.91 GHz)内的单站RCS缩减大于3 d B以上,最大缩减值达21.2 d B;在天线的中心频点8 GHz处±48°的宽角域内,双站RCS缩减效果明显,很好地实现了天线的宽频域大角度的隐身设计.