研究人员提出了一种全介质微波吸收器并介绍了其传感应用

前言

如今，特殊电磁波吸收体的设计和应用已经成为一个热门的研究课题。电磁波吸收器只是用来吸收所需频带内的入射电磁波，它们最近流行的设计通常是使用金属谐振器。然而，众所周知，金属具有高欧姆损耗、低熔点，并且在高温下容易腐蚀和氧化。这些不希望有的特性限制了由金属谐振器组成的吸收器的应用。另一方面，介质谐振器在高温下具有良好的温度稳定性和低制造成本。因此，介质谐振器的使用对于反射器、滤波器、天线、透镜、传感器和电磁波吸收器等多种应用变得非常重要。其中，特别是由介电谐振器组成的电磁波吸收器的设计已经变得流行，最新特别是在微波，太赫兹和光学区域。

研究内容

土耳其的研究人员对矩形波导介质中的透射和反射光谱进行了模拟和测量，这是微波中众所周知的技术。在设计中，单元电池由圆柱形介质容器、圆柱形介质谐振器和作为支撑材料的介质基片组成。对于研究的重要部分，除了参数分析，CDR是由特别选择的化学液体(CLs)单独形成的。这项研究包括三个主要阶段。在第一阶段，几个分析分析参与确定微波矩形波导介质的临界尺寸(即高度和半径)。在第二阶段，进行了一些具体的数值分析，揭示了吸收光谱对相对介电常数和损耗角正切的依赖关系，并解释了考虑结构内部电场和磁场分布的共振机制。在最后阶段，提出了一个传感应用。基于这一目的，分别用三种选定的CL(即丙酮、乙腈和甲乙酮)填充碳二化合物，并在模拟和实验中显示吸收光谱的变化。数值和实验结果表明，随着电容相对介电常数的增大，吸收峰的位置有效减小，随着电容损耗角正切的增大，吸收带变宽。这些结果表明，在微波全介质设计中，通过工程选择CL作为CDR材料，获得相对窄的吸收带和控制吸收光谱是可能的。这种方法不仅可以用于化学溶液的浓度检测，还可以通过控制色淀积比(即色淀积比内的色淀积比)来调整吸收光谱的幅度或频率。

实验方法

为了进行实验分析，制作了单元电池设计。由于很难将整体式空心圆柱体制造成CDC，所以它由两部分构成，即CDC的底座和CDC的盖子。当盖关闭时，这个结构就变成了一个CDC，就像它几乎是一个整体一样。此外，在实验过程中，CLs通过顶部打开的一个小孔注入CDC。该孔大到足以让注射器针头穿过。在化学气相沉积法填充CDC的过程中，不可避免地会出现一些微小的气泡。为了避免大量气泡，注射过程一直持续到在CDC中仅观察到少量微小气泡。在注射过程中，过量的氯从注射器针头增加的空间通过微孔溢出CDC。

CDR的示意图和设计参数。

模拟和实验装置。放置在样品架中的全介电吸收体单元电池的照片。

吸收体内部的电场和磁场分布。

反射R和透射比T光谱。

结论

在本研究中，提出了一种全介质吸收体结构的设计、理论、数值和实验分析以及传感应用，该结构的单元由一个碳沉积中心、一个位于碳沉积中心周围的碳沉积中心和一个介质支撑衬底组成。数值分析表明，该结构保证了强且相对窄的吸收带，具有合并的电偶极子和磁偶极子共振。可以得出结论，通过使用特别选择的CL，在微波中获得相对窄的吸收带而不使用陶瓷材料是可能的。这种廉价、易于应用的方法还提供了灵活性，可以通过控制液体的介电特性来调整吸收光谱的幅度或频率，反之亦然。因此，工程选择的CDR尺寸和材料将使全介电传感器的应用成为可能。通过修改设计参数，所研究的全介质微波吸收器设计能够容易地适应自由空间测量设置。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112235。