具有特殊屬性的人造電磁超材料已經引起人們極大的關注。然而，這些材料一般都是窄頻帶，因為它們是低損耗諧振材料，從樣品的設計來看，相對適用的帶寬最多只有幾個百分比然而，很多應用需要在微波頻率覆蓋從一到幾個倍頻。而這些材料面臨的主要問題還是其窄頻帶。另外，與傳統(tǒng)的材料一樣,這些材料是不可調的，一旦加工成型后，它們的屬性，例如工作頻率和帶寬便不能隨要求而變化。因此,快速發(fā)展智能吸波材料來滿足不同的要求已被提升到重要的日程。

作為一種2D材料的超薄膜，可以用來制造電磁極化密度的電離散射結構，由共振磁介質粒子組成的超薄膜可以通過外部的偏磁場來得到可控表面?？煽爻∧び捎谕黄屏艘话愠牧系南拗?/span>,所以在寬帶應用上可以發(fā)揮很大的潛力。然而,和電壓或電流相比，均衡的磁場更難運用于大的工作環(huán)境。加載PIN二極管的可控頻率選擇表面(FSS)可被整合到反射率是偏電流二極管的函數的一個單一的微波低反射層?？煽仡l率選擇表面的典型運用包括散射或反射特性的減小或者調制。與可調發(fā)射率的導電聚合物相反,可控頻率選擇表面不需要高的偏壓或者大裝置來達到好的可調性。由于PIN節(jié)的物理特性已經被研究得很全面，所以二極管受環(huán)境的影響可以很容易地得到補償。加載PIN二極管的周期表面結構的可控高阻表面(HIS)已經被運用于控制二維的超過±40°的反射波,這在傳輸和反射的運用上很有潛力。由相似的可控高阻表面(HIS)構成的操控發(fā)射體的可重構波可以不一樣地作為兩層電流間的相對位置函數。機械可調表面的限制很難滿足快速變化的要求。

最近，筆者研究了在薄的襯底上的周期吸波結構。

這種吸波結構的厚度可以比波長的1/50還小，并且反射率的最小值大約在X頻帶的一20dB處，而這是常規(guī)復合磁材料所不能實現的。然而，它是本質上的窄帶寬，可在一10dB帶寬大約6%的中心頻率處用模式匹配方法優(yōu)化出來。如果使用磁襯底的話，還可增加工作帶寬。但是，在有合理的損耗角正切的微波頻率下，具有高滲透性的合成物制作是復雜的。還有超材料的重量可以由通過襯底里面的磁材料粒子來增加。電磁智能屏是表示表面一個有周期諧振結構的可控表面，諧振結構加載的可控組件包含有變容二極管、PIN二極管和MEMS等。由于只用了一層周期結構，隨意叫它超材料是不合適的，因為在平面外面方向的電磁特性不能均勻化,其可控傳輸系數可以由包含有PIN二極管加載的傳導條陣列的超薄膜所得到。對于0.6mm厚的ESS的吸收峰值，當PIN二極管接通的時候，可以從3GHz轉移到6GHz,吸收可從54dB減少到25dB。然而,工作帶寬仍然不能夠明顯提高，因為可控成分的電流不能持續(xù)性的適應。

本論文的目的是提高加載PIN二極管的方陣列智能屏最佳化吸波結構的有效工作帶寬，并在回顧超材料和智能材料后，提出一個新型的電磁智能屏(ESS)。為此，本文介紹了相關的數值方法和測量技術。并討論了所提出的ESS的計算和測量特性和應用潛力。

1  簡單準備和自由空間測量

一個ESS的簡單準備是把銅涂在柔韌的PCB板(0.075mm厚，ε=3.5-0.Olj)上，然后再加載黑煙末(CB)合成物，圖1所示是ESS的基本單元。模型的尺寸是20ms長,20ms寬，由澆鑄的方法做成。表面的微波二極管工作頻率在2?8GHz,它們是人工焊接的。圖2所示是ESS的結構模型。當二極管有一個有效電壓時，它將得到一個很低的R,。當沒有偏壓時，二極管斷開，故有一個很大的通過調整ESS可以使其成為一個可控函數。有一定厚度的CB硅樹脂合成物被用于隔開柔韌的PCB和前面的金屬，也是為共振結構提供適當的電解質損耗。因為ESS的吸收可能對化合物很敏感，因此，本文討論的ESS的反射系數對厚度和化合物損耗的依賴性是基于數字模擬的。

2  數值分析

本文仿真采用的是基于有限元法的商用三維電磁仿真軟件HFSS12?；贖FSS12中的ESS基本單元模型如圖3所示。該基本單元采用四面體基本元,假定這個結構在橫向上是無限的。二極管用來模擬連續(xù)電流模型的集總RLC邊界條件。R是連續(xù)電阻，C_j是連接電容(0.2pF)°R_j是連接可調電阻。依靠外部偏置電流,R_j的電阻可以從幾歐姆變化到幾千歐姆。擁有平行于導體電場e和垂直于襯底表面的波矢量K的平面波可以闡明一般入射情況。頻率邊界條件可加在垂直于波矢的表面上,周期連續(xù)的邊界條件(PCB)則可運用在平行于波矢量的表面上。金屬襯底的ESS的反射率就是平均能量反射到當前能量的比率,其方程如下：

這里,R是反射系數，E^inc、H^inc、E^s、H^s分別是入射場和散射場的電場和磁場強度，S_in是入射波的前面矢量，n是S_in向外的方向。 

3  結果和討論

運用自由空間測量方法和商業(yè)軟件HFSS12以及有限陣列模型可對ESS進行模擬，在二極管開關不同狀態(tài)下測量和計算傳輸系數。圖4所示是其反射和入射傳輸系數，當二極管處于關態(tài)時，諧振頻率在3.8GHz,而處于開態(tài)時為5.6GHz。ESS的傳輸系數在3~6GHz可調。，在3.8GHz時，其傳輸系數為－25dB,而在5.6GHz時為－54dB。

測試和仿真的結構在趨勢上是一致的。二極管開關態(tài)引起的傳輸系數的變化就是ESS的主要調節(jié)手段。相應地，在二極管開關處于關態(tài)時，諧振頻率在3.8GHz,而處于開態(tài)時，諧振頻率可提高到5.6GHz。

4  結語

電磁智能屏被設計為周期結構，并且有薄而柔韌性好的高頻襯底。測量的方法是自由空間系統(tǒng)的方法。測量的結果驗證了有限元法仿真的結果。ESS的可調傳輸系數可以用于天線屏蔽器,輔助反射器和調節(jié)器。而ESS在可調反射系數和工作頻帶上，相比一般抗反射材料有很大的優(yōu)勢。