【摘 要】
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电磁超材料拥有超常的物理特性,在军民两用工程中具有极高的应用价值。本文围绕电磁环境能量收集与再利用技术,采用理论分析,优化仿真,样品验证的方式,研发了微波段的完美吸波器与能量收集器,构建了吸波储能为一体的新型超材料器件。本文的主要工作如下:（1）采用谐振金属-环氧树脂-金属背板,设计十字圆盘单频吸波器,通过仿真优化,获得在2.7 GHz的99%的吸收率;利用多反射干涉原理,定性验证了该结构的吸波性
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电磁超材料拥有超常的物理特性,在军民两用工程中具有极高的应用价值。本文围绕电磁环境能量收集与再利用技术,采用理论分析,优化仿真,样品验证的方式,研发了微波段的完美吸波器与能量收集器,构建了吸波储能为一体的新型超材料器件。本文的主要工作如下:（1）采用谐振金属-环氧树脂-金属背板,设计十字圆盘单频吸波器,通过仿真优化,获得在2.7 GHz的99%的吸收率;利用多反射干涉原理,定性验证了该结构的吸波性能。（2）通过仿真优化,研究了四重圆弧结构宽频吸波器的电流与功率损耗分布,该结构的能量损耗主要来源于欧姆损耗。结果表明:在8.5～10.0 GHz和12.5～18.23 GHz中均有超过90%的吸波率。带宽分别为16.2%与37.3%,其中在9.1 GHz、13.1 GHz以及16.7 GHz处的吸收率分别为98%,96%,99%。（3）设计了双方形重构式能量收集器,采用两个通孔连接上下层的金属结构（引入接地层）,负载模拟整流电路,使得结构的能量收集效率有极大提升,结果表明结构在2.45 GHz具有96%的收集效率。并且通过分析表面电流与功率分布,发现电磁波能量主要由负载电阻捕获。（4）研发了新型方形臂式电容四频能量收集器,使用了空气层与FR-4结合的形式,有效减少了介质损耗,在0.78 GHz、0.98 GHz、2.5 GHz和3.9 GHz四个频率处的吸收率均超过90%;对应的能量收集效率分别为70%、54%、50%和90.1%。本文采用CST MICROWAVE STUDIO仿真、实验验证以及多反射干涉理论,对超材料吸波器件的结构设计和性能进行了分析研究。并且在吸波器的基础上探究了吸波储能为一体的新型超材料能量收集器的设计应用,这为冗余电磁能的回收与再利用提供一种全新的技术手段。
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