1. 简介
被定义为人工材料的超材料指的是拥有自然界中不存在的电磁特性的人造材料。它们 的 功 能 依 赖 于 物理尺寸 小 于 工 作 电 磁 波 波 长 的 人 造 电 磁 结 构(R.A.Shelby,2001)(D.Cheng,2013)(T.W.Ebbesen,1998)。随着人们越来越关注超材料的实
用价值，超材料吸波器因其吸波性能而逐渐被研究。
随着应用需求的变化和生产技术的进步，超材料吸波器被设计成具有小型化、透明度高等新特性，使其应用在更多的地方。例如，透明超材料吸波器可以用作安全建筑物的窗户。近年来，具有商业可用性、低成本和良好机械柔韧性的氧化铟锡 (ITO) 被用作透明超材料吸波器中的电阻膜设计(H.Sheokand,2017)，并且由 ITO 制成的电阻膜可以设计成方形、圆形等不同形状，也可以根据实际需要贴附在不同的介电材料上，如高透玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。具有光学透明性的新型吸波器旨在更宽的带宽内减少 RCS(X. Kong,2020)(K. Chen,2020)。
上面提到的超材料结构都是被动的，因为它们的特性或功能一旦设计或制造出来就恒定不变。因此，近年来研究和设计了更加灵活多变的超材料吸波器或频率选择吸波器（FSR），因为它们具有灵活性，使其可以应用于更复杂的电磁环境。通过变容二极管和PIN 二极管的电气控制或利用液体的流动性以及其介电常数的色散特性，有源频率选择表面（ AFSS） 可 以 在 设计者 感 兴 趣 的 单 /多 频 带 上 实 现 透 射 、 反 射 或 吸 收 的 切 换(R.Phon,2019)(H. Li,2016)(X.Yan,2019)。
在本文中，仿真了一种液体透明可重构雷达吸波器，利用 CST Studio Suite 中的频域求解器对该吸波体在 2-11GHz 内进行全波仿真，然后通过监视器计算分析其能量分布以及电磁损耗特性。
2. 理论分析与仿真设计
本文采用了乙醇作为液体在容器中进行注入与抽出来实现吸波器的可重构特性。乙醇的电磁特性可以用德拜公式来描述，德拜公式是频率、温度和物质浓度的函数，如下(Xing L,2015)：
表 1. 表达式(2)(3)(4)中参数计算
图 1. 20℃时，乙醇与水的介电常数的对比
图 2.结构单元基本结构
(a)
(b)
图 3.结构单元基本参数.
(a)俯视图, (b) 侧面图.
图 4.吸波器的可重构电磁特性.
(a) 抽出乙醇, (b) 注入乙醇.
图 5.在 5.6GHz 频率下，吸波器的能量损耗密度分布
3. 仿真分析
利用 CST Studio Suite 仿真计算出来的 S 参数可以得到模型的电磁特性。如图 4(a) 所示，该液态可重构超材料吸波器可以通过乙醇的抽离实现在一定频带内的电磁波传输。
传输频段为 2.3 GHz 至 5 GHz，插入损耗非常低。可以看到，在 2.45 GHz 和 5 GHz 时通带的插入损耗分别达到 0.51 和 0.99。此外，还研究了在注入乙醇的情况下该吸波器的电磁特性，如图 4（b）所示。该吸波器可以通过注入乙醇吸收频率处于 4 GHz 至 10.5 GHz
的电磁波，吸收能力很强。在这种状态下，乙醇在吸收电磁波方面起着重要作用。
另外，还可以通过分析在特定频率下该模型对于电磁波的损耗情况来判断其性能的优越与否。如图 5 所示，吸波器接受的大部分电磁波功率被乙醇吸收，这表明乙醇是宽带吸收的主要贡献者。
4. 结论
在本文中，提出了基于 CST 仿真的液体可重构雷达吸波器。基于理论计算分析结果，首先，利用 CST Studio Suite 中的频域求解器对该结构模型在 2-11GHz 内进行全波仿真，仿真结果表面，该结构模型微波性能良好，在乙醇抽离的情况下可以获得频带为 2.3 GHz 至 5 GHz 传输通带并且插入损耗非常低。此外，通过注入乙醇实现 4.5 GHz 至 10.5 GHz 的吸收带，并且具有超过 90%的强吸收率。最后，还利用监视器实现对结构模型的能量损耗的监控，分析得出能量可以被乙醇损耗掉，从而实现了可重构特性。上述仿真分析可以运用与其他吸波器的仿真分析中。
资料来源：达索官方
