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彩乐园（中国）有限责任公司 受变色龙变色启发的微波接纳器? 它是如何作念到可调谐的?
发布日期：2024-07-05 06:09 点击次数：61
大众好，今天沿路来了解一项受变色龙变色机制启发的可调超材料微波接纳器———《A tunable metamaterial microwave absorber inspired by chameleon’s color-changing mechanism》发表于《SCIENCE ADVANCES》。在如今这个科技速即发展的时期，电磁波在微波范围内的应用越来越等闲，像无线通讯和国防雷达等规模。可是呢，这也带来了一些问题，比如需要有用衰减这些电磁波，减少电磁浑浊和插手，约略让物体具备隐身智商不被雷达发现。
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一、传统微波接纳材料与结构的局限
在深远了解翻新接纳器之前，先来望望传统的微波接纳材料和结构。传统的雷达接纳材料，像碳基介电损耗材料和铁氧体基磁损耗材料，它们固然有一定的接纳智商，但只是通过王法材料的电磁特点（介电常数和磁导率），忽略了结构对接纳的影响，是以在放置存效衰减方面存在局限，比如很难作念到宽带接纳。
而结构接纳器呢，像一些3D单位结构，如八面体桁架、螺旋体和开尔文泡沫等，它们朝着轻质且坚固的宽带接纳器标的发展，通过工程孔隙率改善阻抗匹配，运用里面结构的屡次反射和散射增多能量耗散。可是，它们有一个很大的问题，即是制造出来后电磁反应就固定了。比如说，一个策画好的宽带接纳器，它就只可接纳电磁波，没主义在需要的时期把里面雷达信号传输出去。
二、可调谐结构策画灵感与旨趣
询查团队从变色龙身上赢得了灵感。大众齐知谈变色龙能变色，其实它是通过蜕变皮肤内鸟嘌呤纳米晶体的晶格结构来放置的。当这些纳米晶体的间距蜕变时，光子带隙就会移动，从而蜕变可见光的反射和透射强度。
基于这个旨趣，策画了一种交叉桁架结构。这个结构由基于介电损耗材料（碳黑和聚乳酸复合材料CB/PLA）的桁架以及团聚物连气儿器和搭钮构成。桁架是要害部分，它决定了结构的电磁反应，因为它能与入射电磁波互相作用，通过衰减和反射来影响电磁波。而连气儿器和搭钮呢，它们导电性低、介电损耗正切小，对入射波影响很小，主淌若匡助结构进行机械拼装和初始。
当蜕变交叉桁架之间的角度时，就像变色龙蜕变晶体间距雷同，微波的传输和接纳情况也会蜕变。在接纳形态下，比如角度为70°时，结构能在4-18GHz范围内放置率先90%的接纳，真是莫得传输。而当角度变为30°时，结构就不错进行传输，像在4.5GHz时传输率能率先30%。这就放置了从宽带接纳到传输形态的切换。
三、数据初始的策画优化历程
为了让这个结构达到最好性能，经受了数据初始的策画法子。因为结构的电磁反应受材料特点和单位结构几何参数影响，固然材料特点在制造后不成蜕变，但不错调理几何参数。联系词，即使是简便的交叉策画，也会因为几何特征的变化产生大宗种单位策画，这就很难通过试错法找到最优结构。
是以运用有限元分析（FEA）、神经蚁合和遗传算法来预测和优化结构。咱们笃定了五个膺惩的输入变量：桁架长度（l）、桁架宽度（w）、桁架厚度（t）、旋转角度（θ）和入射电磁波频率（f）。通过蜕变这些变量，得到接纳、反射和传输的输出遵守。
起原，用FEA模拟了5000组立时生成输入参数的数据集，这些参数是在有计划制造拘谨和运筹帷幄资源的情况下设定的。然后分析FEA遵守的联系性矩阵，发现入射频率、桁架厚度和旋转角度与传输和接纳有昭彰的联系性。比如，频率增多、桁架厚度增多和旋转角度增多，一般会使接纳增多、传输减少。
看到最近他们夫妻的现状后，明白了夫妻本是同林鸟，但很抱歉，这次田亮真的救不了重男轻女的叶一茜。
何况，迪士尼彩乐园客服电话发现神经蚁合比线性或多项式精良模子能更准确地预测电磁反应。用教师好的神经蚁合替代模子，通过遗传算法进行优化，最终笃定了宽带接纳的优化结构参数，像桁架长度为58.4mm、厚度为9.60mm等。
四、践诺考证遵守与分析
有了优化策画，接下来即是践诺考证。制造并测试了这个宽带接纳和传输的可调谐结构。在制造方面，桁架用熔融丝制造（FFF）本事，使用CB/PLA复合丝；连气儿用具PolyJet本事制造，经受两种材料组合，以便放置生动和刚性部分的一体化，并便捷桁架结构的旋转连气儿；搭钮则使用聚碳酸酯机械螺丝。
在践诺中，用16个单位结构构成4×4阵列，通过双站目田空间测量系统测量电磁反应。从5.85GHz到18GHz蜕变旋转角度进行测量。遵守暴露，在70°时，结构放置了宽带接纳，最小接纳达到95.3%，平均接纳为98.1%，18GHz时近乎竣工接纳，达到99.7%，这与FEA模拟遵守相符，考证了宽带接纳的优化方针。
随着结构从70°扩张到30°，传输缓缓增多。举例在7.3GHz时，传输从1.8%增多到24.2%，这就放置了从接纳到传输形态的切换，满足了策画条目。不外，在低角度和高频率下，践诺遵守和模拟遵守出现了一些偏差。这是因为模拟假定的是均匀理念念平面波垂直入射结构，而践诺使用的是点聚焦天线，入射波标的有轻细偏差。在接纳形态下，这种偏差影响较小，但在传输增多的扩张形态下，就会蜕变结构的接纳和散射机制。
临了，还策画了一个平台来展示结构的同步机械变换。通过线性实施器连气儿到连气儿器上，放置了所有这个词这个词结构的同步畅通。这就像一个团队，大众沿路行径，惟有一个要道动起来，所有这个词这个词结构齐能随着相助变化。这个平台不错通过微王法器及时调理电磁反应，考证了结构的自动化初始机制。
五、总结与预测
总的来说，受变色龙启发的交叉桁架结构通过数据初始策画放置了宽带接纳和传输形态切换，经数值和践诺考证有用，虽使命频率范围受测量天线松手，但可扩张。翌日可增多几何策画复杂度进步性能，并进一步探索其他性能设立多功能结构接纳器，本询查为王法电磁反应提供了新法子。
在翌日，还不错增多结构几何的策画复杂性，比如在桁架上增多曲率或经受多层结构，进一步提岑岭值传输的转机智商，使其在本色应用中发达更大的作用。同期，还不错探索除电磁反应以外的其他性能，设立多功能的结构接纳器。笃信在不久的将来，这项本事会在更多规模得到应用和发展，为咱们的生计带来更多的便利和安全保险。
六、沿路来作念作念题吧
1、在微波范围内，王法以下哪种电磁反应关于减少电磁浑浊和放置隐身智商最具挑战性？
A. 反射
B. 传输
C. 接纳
D. 散射
2、以下哪种不是传统的雷达接纳材料？
A. 碳基介电损耗材料
B. 铁氧体基磁损耗材料
C. 基于介电损耗材料的桁架
D. 以上齐是传统材料
3、文中策画的可调谐结构的单位细胞主要由什么材料决定其电磁反应？
A. 团聚物连气儿器
B. 搭钮
C. 基于介电损耗材料的桁架
D. 以上齐是
4、受变色龙启发的可调谐结构通过蜕变什么来放置电磁反应的转机？
A. 团聚物连气儿器的表情
B. 搭钮的角度
C. 交叉桁架之间的角度
D. 介电损耗材料的类型
5、在数据初始策画中，以下哪个不是用于预测和优化可调谐结构的法子？
A. 有限元分析（FEA）
B. 线性精良
C. 神经蚁合
D. 遗传算法
6、在数据生成时，以下哪个不是笃定的输入变量？
A. 桁架长度（l）
B. 桁架心计
C. 桁架厚度（t）
D. 旋转角度（θ）
7、优化后的结构在宽带接纳形态下，在 4 - 12GHz 范围内的平均接纳是若干？
A. 90%
B. 92.3%
C. 96.4%
D. 99.2%
8、在践诺中，测量电磁反适时使用的是什么测量系统？
A. 单站目田空间测量系统
B. 双站目田空间测量系统
C. 聚焦式测量系统
D. 漫衍式测量系统
参考文件：
Dahyun D. Lim et al. A tunable metamaterial microwave absorber inspired by chameleon”s color-changing mechanism. Sci. Adv.11彩乐园（中国）有限责任公司, eads3499(2025).