本实用新型属于电磁波吸波技术领域，涉及一种宽带超材料太赫兹吸波器。
背景技术：
在军事隐身和电磁兼容技术领域，电磁波吸波技术的应用越来越广泛。电磁波吸波器能够帮助飞机、坦克等躲避雷达的探测，也能帮助电子系统在随着现代通信的发展而日益复杂错乱的电磁波包围中更稳定的工作。
2016年4月11日，电子科技大学提出了申请号为201610220687.9的“一种基于电阻加载的超宽带吸波器”，包括偶极子阵列天线、贴片电阻、金属地板以及用于偶极子阵列天线与金属地板定位固定的四个塑料螺钉，偶极子阵列天线由多个相同的似蝴蝶翅膀偶极子周期排列而成的，单个贴片电阻的两个焊接点分别焊接在偶极子臂的两端进而与单个偶极子实现完美匹配，偶极子阵列天线可以将电磁波接收下来，并且经过贴片电阻消耗掉，从而到达吸波的目的；该实现方法需要在金属板上做出很多结构复杂的偶极子臂，再在每个偶极子臂上焊接上电阻，费时费力。2016年5月26日，华北水利水电大学提出了申请号为201610361365.6的“基于局部非周期结构的石墨烯超宽带吸波器”，包括金属板层，在金属板层上面至少设置一层吸波层，吸波层由下而上依次设置有介质层、硅层、绝缘介质层和石墨烯层，硅层、绝缘介质层和石墨烯层构成偏压层，其中石墨烯层与硅层分别接外加偏置电压的正负电极，石墨烯层由若干个石墨烯基本单元在二维方向上以陈列形式组成；该吸波器需要外加电压才能实现功能，并且石墨烯层位于最外层，容易被外界破坏（比如用透明胶就能粘走石墨烯层），而一旦石墨烯层被破坏，吸波器的性能就无法得到保证了。2017年3月18日，电子科技大学提出了申请号为201710162657.1的“一种双频宽带吸波器”，包括周期性吸波表面结构、第一层介质基板、周期性频率选择表面结构、第二层介质基板、金属屏蔽地板以及用于连接第一层介质基板与第二层介质基板的塑料螺钉；其中周期性吸波表面结构印制在第一层介质基板上由包括左右对称的两个金属圆片，左右对称的两个开口谐振环以及焊接在两个金属圆片臂之间电阻的吸波结构单元构成，结构比较复杂，加工较困难；此外，这种多层式的结构无疑增大了加工难度。
超材料是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，是指其特征尺度远小于工作波长的一种人工材料，可以实现许多自然材料不能够实现的功能。超材料由于可以实现的功能新奇多样，以及本身的亚波长尺寸性质，非常适合微型光学功能器件的应用，现在已经有基于超材料的多种应用研究，但是基于超材料实现宽带的吸波器还未出现。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷以及研究现状，本实用新型提供一种宽带超材料太赫兹吸波器。
为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：
一种宽带超材料太赫兹吸波器，由金属衬底和金属衬底上面的介质方块构成；金属衬底通过蒸镀工艺镀到一块表面平整的介质层的一面，再反过来将没有镀金属的一面利用传统光刻曝光以及显影刻蚀技术制造出介质方块。
本实用新型所述的一种宽带超材料太赫兹吸波器，其特征在于：介质方块以周期性排列在金属衬底上，周期小于入射波长，其中每个周期内包含9个介质方块，以3*3的形式排列在同一周期内，每个介质方块的边长不同。
本实用新型的技术原理是：超材料介质方块与入射电磁波发生磁谐振，介质方块与入射电磁波的磁场发生强烈的耦合，而金属衬底与入射电磁场的电场耦合，整个超材料太赫兹吸波器与自由空间形成阻抗匹配，大大减少在发生磁谐振的波段（或者说频率段）的反射率，而由于背面的金属衬底使透射率也为0，根据吸收率、透射率、反射率三者相加总和为1，可以推得该超材料吸波器在介质材料块发生磁谐振的频率段能实现很高的吸收率。而由于所设计的超材料吸波器的每个结构单元周期内有多个尺寸不同的介质方块，尺寸不同对应的磁谐振的波长和频率不同，所以一个周期内包含多个尺寸不同的介质方块可以在一个较宽的波长范围内实现宽带吸收。
与现有技术相比，本实用新型的特色与优势在于：
1. 本实用新型基于超材料来实现宽带吸波的功能，相关的加工工艺与半导体加工工艺相兼容，而且涉及到的结构简单，容易加工，相关步骤基本上由机器完成，可以大批量生产。
2. 本实用新型打破传统超材料结构设计的局限性，在一个大周期内设计多个结构，每个结构都能在不同的特定频率段实现功能，经过组合以后，能够加宽工作频率段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一种宽带超材料太赫兹吸波器的结构俯视图。
图2是本实用新型一种宽带超材料太赫兹吸波器的结构示意图。
图3是厚度10微米，边长分别为9.4微米、9.55微米、9.7微米、9.85微米、10微米、10.15微米、10.3微米、10.45微米、10.6微米的二氧化钛方块（在太赫兹波段的介电常数是114，损耗角是0.01）以3*3的形式放置在同一个大周期内，以36微米为周期排列在厚度为0.5微米的铝衬底上形成的宽带超材料太赫兹吸波器在工作波段附近的吸收率、透射率、反射率频谱图。
图4是厚度10微米，边长分别为9.4微米、9.55微米、9.7微米、9.85微米、10微米、10.15微米、10.3微米、10.45微米、10.6微米的二氧化钛方块（在太赫兹波段的介电常数是114，损耗角是0.01），以25微米为周期，单独排列在厚度为0.5微米的铝衬底上，形成的超材料结构在各自发生磁谐振频率段附近的吸收频谱图。
图5是本实用新型同一周期内有9个二氧化钛方块的一种宽带超材料太赫兹吸波器的吸收带宽与周期内只有单个二氧化钛方块形成的超材料介质的吸收带宽对比图。
图6是本实用新型一种宽带超材料太赫兹吸波器对不同偏振入射电磁波的吸收频谱图。
图7是本实用新型一种宽带超材料太赫兹吸波器在电磁波以不同入射角照射情况下的吸收频谱图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种宽带超材料太赫兹吸波器由金属衬底（1）和金属衬底（1）上面的介质方块（2）构成；金属衬底（1）通过蒸镀工艺镀到一块表面平整的介质层的一面，再反过来将没有镀金属的一面利用传统光刻曝光以及显影刻蚀技术制造出介质方块（2）。
如图2所示，介质方块（2）以周期性排列在金属衬底（1）上，周期小于入射波长，图中虚线方框围着的是一个周期，每个周期内包含9个介质方块（2），以3*3的形式排列在同一周期内，每个介质方块（2）的边长不同，在此实施例中用的是二氧化钛方块（在太赫兹波段的介电常数是114，损耗角是0.01），厚度为10微米，边长从左到右、从上到下逐渐增大，依次为9.4微米、9.55微米、9.7微米、9.85微米、10微米、10.15微米、10.3微米、10.45微米、10.6微米；金属衬底（1）厚度越大，透射率越低，本实施例使用的是金属铝，当铝衬底厚度达到0.5微米时，透射率已经可以忽略不计。
如图3所示为厚度10微米，边长分别为9.4微米、9.55微米、9.7微米、9.85微米、10微米、10.15微米、10.3微米、10.45微米、10.6微米的二氧化钛方块以3*3的形式放置在同一个大周期内，以36微米为周期排列在铝衬底上形成的宽带超材料太赫兹吸波器在工作波段附近的吸收率、透射率、反射率频谱图，可以看到该超材料吸波器在2.6 THz ~ 2.75 THz范围内具有较好的吸收率（大于0.8），在整个频谱范围内透射率均为0，反射率与吸收率相加为1。
如图4所示，当边长9.4 ~ 10.6微米，厚度10微米的二氧化钛方块以25微米为周期单独排列在铝衬底上时，能在较小的频率范围内实现吸收，而且二氧化钛方块的边长不同，实现吸收的频率也不同。
如图5所示，是周期内有9个不同尺寸二氧化钛方块的宽带超材料太赫兹吸波器的吸收带宽与周期内只有1种尺寸的二氧化钛方块的超材料结构的吸收带宽的对比图，可以看到宽带超材料太赫兹吸波器通过在同一周期内组合多个尺寸的结构，大大加宽了吸收频率范围（与原本9个结构尺寸单独工作吸收频率范围叠加相当），实现了宽带吸收的目的；进一步的，可以预料，如果再进一步增加单个周期内组合的不同尺寸的结构数量，可以使吸收带宽更大。
如图6所示，是本实用新型的一种宽带超材料太赫兹吸波器在不同入射电磁场偏振情况下的吸波效率，当电场偏振沿着y方向，磁场偏振沿着x方向时，效果最好，吸收带宽最大；当电场偏振沿着x方向，磁场偏振沿着y方向时，吸收带宽减少了一半左右，但是这也比原本周期内只有一个结构的超材料吸收带宽要好得多（可参考图5）。
如图7所示，是本实用新型的一种宽带超材料太赫兹吸波器在入射电磁场以不同入射角入射的情况下的吸波效率，可以看到本发明并不局限于正入射情况下，而是在一个较大的入射角度范围内均可实现宽带吸收，在45°角度入射时，仍然能够实现在2.6 THz ~ 2.75 THz范围内有大于75%的吸收率。
需要指出的是，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能依此来限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。