《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一种新型单透双吸石墨烯-频率选择表面复合电磁超材料的研究
电子技术应用
刘博源，魏利郝，张海福，宋庆辉
中国电子科技集团公司第五十四研究所
摘要： 石墨烯是一种新型超薄的二维材料，因具有电磁特性可调控等特点，成为电磁学研究领域的一个新热点。同时，频率选择表面一直是人工周期性材料中的研究热点。该研究将二者的优点结合起来，提出了一种新型的石墨烯-频率选择表面复合电磁超材料周期结构。该结构的透波通带为34.45 GHz~36.98 GHz（绝对带宽为2.53 GHz）。吸波频带分别为31.18 GHz~32.95 GHz（绝对带宽为1.77 GHz）和38.17 GHz~39.52 GHz（绝对带宽为1.35 GHz）。因技术限制，在研究过程中制作了一个仅有单层石墨烯周期结构的材料并进行测试。从测试数据可以看出，石墨烯周期结构在整个测试的微波毫米波频段（8 GHz~40 GHz）内都有吸波功能。若在工程中将其与频率选择表面周期结构复合，有望为实现新型超材料隐身天线罩提供一种新的可能。
中圖分類號：TN823 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256921
中文引用格式： 劉博源，魏利郝，張海福，等. 一種新型單透雙吸石墨烯-頻率選擇表面復(fù)合電磁超材料的研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2026，52(1)：96-102.
英文引用格式： Liu Boyuan，Wei Lihao，Zhang Haifu，et al. Study on a novel graphene-FSS composite electromagnetic metamaterial with single transparent and dual-absorptive-bands[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(1)：96-102.
Study on a novel graphene-FSS composite electromagnetic metamaterial with single transparent and dual-absorptive-bands
Liu Boyuan，Wei Lihao，Zhang Haifu，Song Qinghui
The 54th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： Graphene is a new kind of ultra-thin two-dimensional material, which has become a new hotspot in the field of electromagnetism because of its controllable electromagnetic properties. At the same time, frequency-selective surface (FSS) has always been a research hotspot in artificial periodic materials. In this paper, a composite electromagnetic metamaterial periodic structure with a graphene-FSS is proposed. The transmission band of the structure is 34.45 GHz~36.98 GHz (absolute bandwidth is 2.53 GHz). The absorption bands are 31.18 GHz~32.95 GHz (the absolute bandwidth is 1.77 GHz) and 38.17 GHz~39.52 GHz (the absolute bandwidth is 1.35 GHz), respectively. Based on the study, a single-layer graphene periodic structure without FSS part is fabricated and tested. It can be concluded that the grapheme periodic structure has good absorption characteristic in the whole measured microwave and millimeter wave frequency band (8 GHz~40 GHz). The composite electromagnetic metamaterial structure made of graphene and FSS structures is a good new candidate to realize a new metamaterial stealth radome.
Key words : graphene；frequency-selective surface （FSS）；absorption characteristic；wave transparent characteristic；metamaterials

引言

隨著現(xiàn)代通信雷達(dá)技術(shù)的迅猛發(fā)展，“看不見、摸不著”的電磁波無處不在。在利用電磁波進(jìn)行無線通信時，也承受著電磁波帶來的危害和不便。民用方面：在機場，各航班因相互間的電磁波干擾無法準(zhǔn)點起飛；在醫(yī)院，移動電話通常會干擾各種電子診療儀器的正常工作；在家里，各種家用電器的使用也會造成一定的電磁泄漏。軍用方面：在軍艦、導(dǎo)彈等應(yīng)用平臺上，多套長距離或短距離通信系統(tǒng)和實現(xiàn)偵查、防御及干擾的雷達(dá)系統(tǒng)之間的電磁干擾不可小覷；同時，各種導(dǎo)彈、飛行器外表面或通信雷達(dá)系統(tǒng)中天線部件因金屬材質(zhì)對電磁波有強烈的反射而容易被敵方雷達(dá)探測到。在諸如以上實際工程問題的驅(qū)動下，對吸波材料的研究迅速成為電磁領(lǐng)域里的新熱點。

許多公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料表明可設(shè)計一種頻率選擇表面[1-8]加載的介質(zhì)天線罩。在天線的工作頻帶內(nèi)，天線罩對于天線來說是電磁透明的，對天線輻射出來的電磁波衰減很小，天線可以自由收發(fā)信號。在天線工作頻帶外，天線罩能吸收掉罩外來波，不向來波方向或任意方向反射，從而降低外界來波對天線的干擾，或者實現(xiàn)天線的隱身。因此，這樣的天線罩同時具有透波和吸波功能。很多現(xiàn)有研究成果利用頻選表面周期結(jié)構(gòu)和帶有電阻性或磁性的周期結(jié)構(gòu)相結(jié)合實現(xiàn)了一個透波頻帶（即天線工作的通頻帶）和通帶外一側(cè)（或高于通帶的頻帶或低于通帶的頻帶）的吸波頻帶。電阻性周期結(jié)構(gòu)通常由集總電阻或電阻薄膜實現(xiàn)。

2004年，作為二維材料的石墨烯[9-16]被首次發(fā)現(xiàn)。獨特的能帶結(jié)構(gòu)使其擁有一系列優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)。通過研究表明，與石墨、碳納米管等碳系材料相似，它同樣具有電磁屏蔽和吸波的功能。因它由單層碳原子構(gòu)成，厚度僅為一個碳原子厚度，因此是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最薄的吸收材料。將石墨烯作為吸波材料的研究主要有兩個方向：一方面是從材料學(xué)出發(fā)，研究基于石墨烯的復(fù)合吸波材料的制備方法以及吸波性能；另一方面是基于石墨烯的電磁特性，研究石墨烯對電磁波的調(diào)控效果。

基于以上研究背景，本文提出一種新型石墨烯-頻率選擇表面復(fù)合的電磁超材料。它通過附著在介質(zhì)基板上的金屬頻率選擇表面和石墨烯來實現(xiàn)一個透波通帶；同時，在通帶兩側(cè)分別有一個吸波頻帶，即單透雙吸的電磁特性。該結(jié)構(gòu)的透波通帶為34.45 GHz~36.98 GHz（絕對帶寬為2.53 GHz）。吸波頻帶分別為31.18 GHz~32.95 GHz（絕對帶寬為1.77 GHz）和38.17 GHz~39.52 GHz（絕對帶寬為1.35 GHz）。


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作者信息：

劉博源，魏利郝，張海福，宋慶輝

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）


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