Чтобы решить эту проблему, группа исследователей из Хуачжунского университета науки и технологий в Китае разработала ультратонкий настраиваемый широкополосный поглотитель сверхвысоких частот. Эта ультратонкая поглощающая поверхность, называемая активным частотно-избирательным поверхностным поглотителем, состоит из массивов узорчатых проводников, нагруженных двумя распространенными типами элементов схемы, известными как резисторы и варакторы. Ячейка с единичным рисунком поглощает микроволны, и ею также можно активно управлять, растягивая, чтобы расширить настраиваемую полосу пропускания.
В статье, опубликованной на этой неделе в Журнале прикладной физики от AIP Publishing, исследователи представили эту работу.«Предлагаемый нами абсорбер был изготовлен с использованием схемы трансформации растяжения, которая одновременно является тонкой и может поглощать широкий диапазон частот для использования микроволн в диапазоне около метра», — сказал Вэньхуа Сюй, главный исследователь в группе под руководством Цзяньцзюнь Цзян, профессора кафедры. Школа оптической и электронной информации при Хуачжунском университете науки и технологий, Китай. «Его диапазон поглощения охватывает широкий диапазон от 0,7 до 1,9 гигагерц ниже -10 децибел, а общая толщина поглотителя составляет всего 7,8 миллиметра, что является одним из самых тонких поглотителей микроволн».«Обычно толщина обычных поглотителей радаров составляет четверть длины волны падающего микроволнового излучения.
В высокочастотном режиме, например, в один гигагерц, толщина поглотителя будет около 7,5 сантиметров, что слишком толсто и тяжело, чтобы его можно было использовать. используются в самолетах или военных кораблях. Предлагаемый нами поглотитель почти в десять раз тоньше обычных », — сказал Сюй.Другие альтернативные поглотители, такие как поглотители из метаматериалов, сделанные из резонансной металлической структуры, напечатанной на диэлектрической подложке, хотя и значительно тоньше, чем длина поглощаемой волны, имеют узкую рабочую полосу пропускания.Чтобы разработать новый поглотитель, который является одновременно тонким и широкополосным, команда Цзяна использовала тип тонкой легкой периодической структуры, называемой частотно-избирательной поверхностью, которая состоит из сборки узорчатых проводников, расположенных в виде двумерного массива, обычно поддерживаемого. тонким диэлектриком, чтобы отражать падающие микроволны в соответствии с их частотой.
В эксперименте команда Цзяна изготовила широкополосную активную частотно-избирательную поверхность с растягивающим рисунком преобразования на печатной плате и припаяла резисторы и варакторы между каждой из двух единичных структурных ячеек. Тот факт, что поверхность можно было растянуть, означал, что параметрами элементарной ячейки с рисунком можно активно управлять путем растяжения.Моделируя поглотитель с использованием линии передачи, исследователи обнаружили, что варактор обеспечивает переменную емкость при изменении напряжения смещения, что обеспечивает возможность настройки устройства, в то время как сосредоточенный резистор с постоянным сопротивлением надежно обеспечивает сильное поглощение на резонансной частоте. Помимо сосредоточенных сопротивлений нагруженных элементов, исследователи обнаружили, что параметры элементарных ячеек с рисунком также влияют на характеристики поглощения устройства.
«Мы применили различные коэффициенты растягивающего преобразования к шаблону элементарной ячейки, чтобы получить доступные параметры для расширения настраиваемой полосы пропускания», — сказал Сюй. «Наши результаты показывают, что структура ячеек с меньшим соотношением коэффициентов трансформации растяжения (то есть отношением ширины к длине элементарной ячейки) приводит к более высокому поглощению резонансной частоты, а также дает более широкую настраиваемую полосу пропускания».Сюй отметил, что это первый случай, когда в активном частотно-избирательном поверхностном поглотителе используется схема растягивающего преобразования для расширения полосы пропускания, что оказывается эффективным методом обеспечения широкополосной перестраиваемости.
«На частотах ниже двух гигагерц обычные поглотители микроволн ограничены в применении из-за их толщины и узкой полосы поглощения. Предлагаемый нами поглотитель обеспечивает широкополосную перестраиваемость и ультратонкую пленку одновременно», — сказал Сюй. «Общая толщина 7,8 миллиметра составляет примерно одну двадцать девятую длину волны центральной частоты падающих микроволн, и ультратонкий поглотитель с широкой полосой пропускания может широко использоваться в невидимых военных кораблях, маскировке самолетов и настраиваемых широкополосных антеннах».
Следующим шагом исследователей является изучение характеристик поляризации и наклонного падения для предлагаемого активного частотно-избирательного поверхностного поглотителя.