吸收體

微波吸收體是指能有效地吸收入射微波從而使其目標回波強度顯著衰減的一類功能材料。設計微波吸收體的基本要求是：（1）入射波最大限度地進入吸收體內部而不是在其前表面上反射，即材料的匹配特性；（2）進入吸收體內部的電磁波能迅速地被吸收體吸收衰減掉，即材料的衰減特性。實現第一個要求的方法是通過採用特殊的邊界條件來達到與空氣阻抗相匹配；而實現第二個要求的方法則是使微波吸收體具有很高的電磁損耗，即微波吸收體應具有足夠大的介電常數虛部（有限電導率）或足夠大的磁導率虛部。但這兩個要求是互相矛盾的。另一方面，從工程實用角度來看，還要求微波吸收體具有厚度薄、重量輕、吸收頻帶寬、堅固耐用、易於施工和價格便宜等特點，這些要求通常也是與電磁吸收體性能的要求互相矛盾的，因而在設計和研製微波吸收體時必須對其厚度、材料參數與結構進行優化，對其帶寬和材料性能水平進行折中 ^[1]  。

定量描述吸波材料電性能參數有:

(1)反射率，定義為R=20 lg⁡(Er/Ei)=10lg (Pr/Pi) [dB]，式中，Ei和Pi分別為入射平面波的場強和功率;Er和Pr分別為吸波材料平板反射波的場強和功率。

(2)頻帶寬度，指反射率低於某一給定最小值的頻率範圍。

(3)入射角敏感性，指反射率隨入射角變化的依賴關係。

(4)極化特性，指電場相對於入射平面（即入射方向與平板法向構成的平面）的指向。

(5)品質因數，指吸波塗層材料所能搜蓋的最大波長與其厚度d之比，即d/λmax，此值越小表明材料的性能越好。 ^[2] 

根據微波吸收體的吸收機理可分為電吸收體和磁吸收體兩大類。電吸收體的吸收劑多采用導電石墨，磁吸收體通常為鐵的混合物。按照吸收帶寬微波吸收體則可分為窄帶類和寬帶類。按照使用方式來看，可分為表面塗敷型和複合結構型。塗敷型材料筱蓋在目標的金屬表面部分，而結構型吸波材料則將吸波材料與非金屬基複合材料結合起來，使之既具有吸波性能又有複合材料的重重量輕、強度高等優點 ^[1]  。

（1）Salisbury屏

圖給出Salisbury屏的示意圖。薄屏放置於導電板前方，並用低損粕無耗、

低介電常數具有相對導納Y1的襯墊隔開。假定屏在z方向上其中C、s可任意變化，但在xy平面上是均勻的，平面電磁波垂直入射於吸收體。對於這種結構，我們尋求的問題是在屏的性質和偏離距離苗取何值時，方能使系統的反射為零。

（2）Dallenbach吸收體

Dallenbach吸收體是由金屬底板上的均勻有耗介質層構成，如圖3.3所示。介質厚度為d，介電常數和磁導率分別為ɛr=ɛ’r-jɛ”r及μr=μ’r-jμ”r，其中Zd為有耗介質層的本徵阻抗。材料表面的反射是介質界面的阻抗變化而產生的。根據傳輸線模擬法，等效為一段長為d的終端短路的傳輸線。

Dallenbach與Salisbury吸收體一樣是同屬諧振型吸收材料，他們的帶寬相對較窄。因此，要使微波吸收體獲得所期望的帶寬:如2^-18GHz，採用較薄的單層吸收體是難以實現的。因此，人們就致力與通過使用多層介質來展寬吸收體的頻帶寬度。Jaumann吸收體和漸變介質吸收體便是基本型吸收體的衍變。

（3）Jaumann吸收體

Salisbury屏的帶寬可以通過增加電屏薄片和隔離層來改善，這樣以Salisbury原型發展而成的新的吸收體，被稱為Jaumann吸收體，如圖3.4所示。對於N層結構而言，任意相鄰層內的電磁場，在其層間邊界上計及到邊界條件後的連續性方程。 ^[3] 

超材料的概念自上個世紀提出以來，一直是科學研究領域的熱點，頻繁地出現在各類文獻報道中。超材料翻譯於英文中的“Metamaterials"，而其中“meta-”這個前綴是希臘語中“超越”的意思，比如還有“Metasurface”也是類似的單詞表示特異表面的意思。顧名思義，超材料(Metamaterials)是一種具有特殊性質的一類材料，這種特殊性質在自然界很難存在或者根本不存在。超材料是個定義非常廣泛的概念，但其特異的性質對應的對象是“波”。對不同作用的對象它包括聲波超材料、水波超材料和電磁波超材料等等，本論文主要圍繞電磁波超材料領域，下面簡稱為超材料。而隨着研究的深入，對於超材料的概念已經基本達成共識，是指人工構造的，可用等效的介電函數￡和磁導率刀來描述其在電磁波中性質，具有自然界一般材料所不具備電磁性質的一種亞波長結構的複合材料；目前已應用在負折射、異常透射隱身、完美吸收等技術領域。 ^[4] 

完美吸收是把所有入射的電磁波完全的吸收掉，為了分析這種完美吸收的性質，我們要考慮電磁波在界面處的所有物理現象。假象一束電磁波照射到樣品上，會有以下幾種現象發生:反射，散射，透射，吸收或者是轉化為表面波。值得一提的是表面波是沿着表面傳輸的一種波，本論文所關注的表面等離激元是一種表面波，沿着傳播方向會慢慢衰減並被吸收，所以我們一般關注的是反射、散射、透射和吸收。

如果想要把入射的電磁波完全吸收掉的話，那麼界面處的反射，散射和透射都應該消除掉。

1、對於散射來説，如果表面平均粗糙度(Ra)遠遠小於入射電磁波的波長（λ_o），那麼界面處的散射效應就可以忽略。

2、對於完全消除透射也很容易做到，只需要在底部加一層不透明的材料就可以消減幾乎百分之百的透射光，如貴金屬等等，所以超材料吸收體一般在底部加金屬薄膜層。

3、那麼對於包括超材料的大部分吸收體達到完美吸收的難點其實在於如何將表面反射降到最低。