超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的制作方法
【專利摘要】超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，屬于吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有技術(shù)中電路模擬吸波結(jié)構(gòu)存在的吸波帶寬窄、吸波頻段單一、相對厚度厚等技術(shù)問題。本發(fā)明的吸波材料包括頻率選擇表面、介質(zhì)層和金屬底板，頻率選擇表面由周期排列的貼片單元組成，貼片單元包括按照邊長從小到大、從內(nèi)到外依次排列的正方形貼片、第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片，還包括對稱設(shè)于第二正方環(huán)貼片的四個直角外的四個L形貼片。本發(fā)明的吸波材料在4.0GHz-18GHz范圍可以實現(xiàn)-10dB以下的反射系數(shù)可調(diào)的雙頻或三頻吸波特性，在吸波諧振峰附近可以實現(xiàn)-20dB左右的反射系數(shù)，從而實現(xiàn)更強(qiáng)的吸波效果。
【專利說明】超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)吸波材料是一種多功能復(fù)合材料，具有針對性強(qiáng)、吸波性能好、質(zhì)量輕、力學(xué)性能滿足承載要求等優(yōu)點，已成為當(dāng)代隱身材料重要的發(fā)展方向。其中，電路模擬吸波材料具有耐高溫、質(zhì)量輕、耐濕熱、抗腐蝕等特點，是一種被廣泛使用的諧振形雷達(dá)吸波材料。
[0003]電路模擬吸波材料的結(jié)構(gòu)從上至下依次為頻率選擇表面(FSS)、介質(zhì)層和金屬底板，其中FSS是各種形狀的貼片單元或開孔單元周期排列而成，對入射電磁波感應(yīng)生成等效電容、電感和電阻。通過調(diào)整FSS的幾何形狀、尺寸、方阻等，可以改變結(jié)構(gòu)體的等效電容、電感和電阻，進(jìn)而調(diào)整結(jié)構(gòu)整體的諧振吸收，有效滿足不同應(yīng)用的吸波性能要求。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，基于頻率選擇表面的吸波材料，頻率選擇表面貼片單元有蝶形、方環(huán)形、Y形等，但是這些吸波材料，為實現(xiàn)吸波性能，介質(zhì)層厚度較厚，吸波材料吸波帶寬窄，一定程度的限制了應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中電路模擬吸波結(jié)構(gòu)存在的吸波帶寬窄、吸波頻段單一、相對厚度厚等技術(shù)問題，提供一種超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料。
[0006]本發(fā)明的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，包括頻率選擇表面、介質(zhì)層和金屬底板，所述頻率選擇表面由周期排列的貼片單元組成；所述貼片單元包括正方形貼片、第一正方環(huán)貼片、第二正方環(huán)貼片和四個相同的L形貼片，所述正方形貼片、第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片按照邊長從小到大，從內(nèi)到外依次排列，正方形貼片、第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片具有相同的中心點且對角線共線；所述L形貼片的橫邊和豎邊相同，四個L形貼片對稱設(shè)于第二正方環(huán)貼片的四個直角外，L形貼片的內(nèi)直角與第二正方環(huán)貼片的直角相鄰，每個L形貼片的橫邊和豎邊分別與相鄰的第二正方環(huán)貼片的直角的兩條直角邊平行且等間距；每四個相鄰的貼片單元的四個L形貼片相連，構(gòu)成一個十字形貼片；所述正方形貼片和L形貼片均為金屬貼片，所述第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片均為碳膜貼片。
[0007]進(jìn)一步的，所述頻率選擇表面的方阻為200 Ω。
[0008]進(jìn)一步的，所述正方形貼片和L形貼片的厚度均為15 μ m，第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片的厚度為15-40 μ m。
[0009]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層的材料為FR-4。
[0010]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層的厚度為2mm，介電常數(shù)為4.4。
[0011]進(jìn)一步的，所述金屬底板厚度為15 μ m，材料為銅箔。
[0012]進(jìn)一步的，所述正方形貼片和第一正方環(huán)貼片的間距為LI，第一正方環(huán)貼片和第二正方環(huán)貼片的間距為L2，L1=L2。[0013]進(jìn)一步的,所述貼片單元的尺寸為16mmX 16mm,正方形貼片的尺寸為4mmX4mm,第一正方環(huán)貼片外徑為9mmX9mm,第一正方環(huán)貼片內(nèi)徑為IOmmX IOmm,第二正方環(huán)貼片內(nèi)徑為7mmX 7mm,第二正方環(huán)貼片外徑為13mmX13mm, L1=L2=0.5mm,十字形貼片的寬度均為2mm，十字形貼片的長度均為14mm，L形貼片的橫邊到相鄰且平行的第二正方環(huán)貼片的直角邊的間距為0.5mm。
[0014]本發(fā)明的工作原理:本發(fā)明采用金屬貼片與碳膜貼片相組合的方式，在不增加層厚的前提下，實現(xiàn)了寬頻、多頻吸波的功能，通過調(diào)節(jié)正方形貼片、十字形貼片與正方環(huán)貼片的間距，可以實現(xiàn)對吸波頻段的調(diào)節(jié)功能。金屬碳膜電阻復(fù)合的周期結(jié)構(gòu)，無論入射的電磁波呈現(xiàn)什么樣的極化方式，對整個吸波結(jié)構(gòu)的作用都相當(dāng)于施加電壓激勵，由于不同結(jié)構(gòu)金屬與電阻碳層的阻抗特性與諧振特性不同，因此能夠從表面激勵出不同頻段的諧振電流，即對不同的頻段的電磁波具有良好的諧振響應(yīng)，由于表面激發(fā)的諧振電流的存在，當(dāng)形成自適應(yīng)極化條件時，在損耗介質(zhì)中會產(chǎn)生耗散電流，耗散電流在吸波材料中逐漸衰減而產(chǎn)生電磁能的損耗，因此，這種單層雙材料復(fù)合結(jié)構(gòu)能使外場的電磁波能量感應(yīng)成耗散電流能量，而吸波復(fù)合材料中的損耗介質(zhì)則使電流能量轉(zhuǎn)化為熱能，增加吸波復(fù)合材料的吸波性能；從而實現(xiàn)了對不同頻段電磁波的復(fù)合吸收性能。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)本發(fā)明的吸波材料采用單層金屬電阻碳層復(fù)合設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制作；
[0017](2)本發(fā)明的吸波材料具有超寬吸波帶寬，在4.0GHz-18GHz范圍可以實現(xiàn)-1OdB以下的反射系數(shù)可調(diào)的雙頻或三頻吸波特性，通過改變單元尺寸及復(fù)合結(jié)構(gòu)數(shù)量，可以在更寬的頻段范圍內(nèi)實現(xiàn)多頻段高吸波效率；
[0018](3)本發(fā)明的吸波材料在吸波諧振峰附近可以實現(xiàn)_20dB左右的反射系數(shù)，從而實現(xiàn)更強(qiáng)的吸波效果；
[0019](4)本發(fā)明的吸波材料僅由一層厚度為2mm的FR-4介質(zhì)層及微米級的覆銅層組成，整體厚度約等于2mm，在同類吸波材料中具有低厚度的良好性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的貼片單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的頻率選擇表面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的側(cè)視圖；
[0023]圖4為本發(fā)明超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的反射系數(shù)曲線圖；
[0024]圖中，1、頻率選擇表面，2、介質(zhì)層，3、金屬底板，11、貼片單元，111、正方形貼片，112、第一正方環(huán)貼片，113、第二正方環(huán)貼片，114、L形貼片，115、十字形貼片。
【具體實施方式】
[0025]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0026]如圖1，本發(fā)明的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料包括頻率選擇表面1、介質(zhì)層2和金屬底板3。其中，頻率選擇表面I由周期排列的貼片單元11組成，貼片單元11包括正方形貼片111、第一正方環(huán)貼片112、第二正方環(huán)貼片113和四個相同的L形貼片114，正方形貼片111、第一正方環(huán)貼片112和第二正方環(huán)貼片113按照邊長從小到大，從內(nèi)到外依次排列，正方形貼片111、第一正方環(huán)貼片112和第二正方環(huán)貼片113具有相同的中心點且對角線在同一條直線上；所述L形貼片114的橫邊和豎邊相同，四個L形貼片114對稱設(shè)于第二正方環(huán)貼片113的四個直角外，L形貼片114的內(nèi)直角與第二正方環(huán)貼片113的直角相鄰，每個L形貼片114的橫邊和豎邊分別與相鄰的第二正方環(huán)貼片113的直角的兩條直角邊平行，L形貼片114的橫邊到與其平行且相鄰直角邊的間距為W1，L形貼片114的豎邊到與其平行且相鄰的直角邊的間距為W2，ffl=W2 ;每四個相鄰的貼片單元的四個L形貼片114相連接，構(gòu)成一個十字形貼片115;正方形貼片111和L形貼片114均為金屬貼片，所述第一正方環(huán)貼片112和第二正方環(huán)貼片113均為碳膜貼片。
[0027]正方形貼片111和第一正方環(huán)貼片112的間距為LI，第一正方環(huán)貼片112和第二正方環(huán)貼片113的間距為L2，L1=L2。
[0028]本實施方式的吸波材料的頻率選擇表面I的方阻為200 Ω，第一正方環(huán)貼片112和第二正方環(huán)貼片113的厚度為15-40 μ m,正方形貼片111和L形貼片114的厚度為15 μ m ;介質(zhì)層2的厚度為2mm，介電常數(shù)為4.4，材料為FR-4 ;金屬底板3的厚度為15 μ m，材料為銅箔；貼片單元11的尺寸為16mmX 16mm,正方形貼片111的尺寸為4mmX 4mm,第一正方環(huán)貼片112外徑為91111]1\91111]1,第一正方環(huán)貼片112內(nèi)徑為IOmmX IOmm,第二正方環(huán)貼片113內(nèi)徑為7_X 7mm,第二正方環(huán)貼片113外徑為13_X 13mm, L形貼片114的寬度為1_, L形貼片114的長度為7mm,十字形貼片115的寬度為2mm,十字形貼片115的長度為14mm,金屬貼片均米用銅箔，L1=L2=0.5mm, ffl=W2=0.5mm。
[0029]圖4為本實施方式的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料的反射系數(shù)曲線圖；可以看出，本發(fā)明的吸波材料在4.0GHz-18GHz范圍可以實現(xiàn)-1OdB以下的反射系數(shù)可調(diào)的雙頻或三頻吸波特性，在吸波諧振峰附近可以實現(xiàn)_20dB左右的反射系數(shù)。
[0030]顯然，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，包括頻率選擇表面(I)、介質(zhì)層(2)和金屬底板(3)，所述頻率選擇表面(I)由周期排列的貼片單元(11)組成； 其特征在于， 所述貼片單元(11)包括正方形貼片(111)、第一正方環(huán)貼片(112)、第二正方環(huán)貼片(113)和四個相同的L形貼片(114)，所述正方形貼片(111)、第一正方環(huán)貼片(112)和第二正方環(huán)貼片(113)按照邊長從小到大，從內(nèi)到外依次排列，正方形貼片(111)、第一正方環(huán)貼片(112)和第二正方環(huán)貼片(113)具有相同的中心點且對角線共線；所述L形貼片(114)的橫邊和豎邊相同，四個L形貼片(114)對稱設(shè)于第二正方環(huán)貼片(113)的四個直角外，L形貼片(114)的內(nèi)直角與第二正方環(huán)貼片(113)的直角相鄰，每個L形貼片(114)的橫邊和豎邊分別與相鄰的第二正方環(huán)貼片(113)的直角的兩條直角邊平行且等間距； 每四個相鄰的貼片單元(11)的四個L形貼片(114)相連，構(gòu)成一個十字形貼片(115)； 所述正方形貼片(111)和L形貼片(114)均為金屬貼片，所述第一正方環(huán)貼片(112)和第二正方環(huán)貼片(113)均為碳膜貼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述頻率選擇表面(I)的方阻為200 Ω。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述正方形貼片(111)和L形貼片(114)的厚度均為15 μ m，第一正方環(huán)貼片(112)和第二正方環(huán)貼片(113)的厚度為15-40 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述介質(zhì)層⑵的材料為FR-4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述介質(zhì)層(2)的厚度為2mm，介電常數(shù)為4.4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述金屬底板(3)厚度為15 μ m，材料為銅箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述正方形貼片(111)和第一正方環(huán)貼片(112)的間距為LI，第一正方環(huán)貼片(112)和第二正方環(huán)貼片(113)的間距為L2，L1=L2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超薄型金屬電阻復(fù)合多頻吸波材料，其特征在于，所述貼片單元(11)的尺寸為16mmX 16mm,正方形貼片(111)的尺寸為4mmX4mm,第一正方環(huán)貼片(112)外徑為9mmX9mm,第一正方環(huán)貼片(112)內(nèi)徑為IOmmX IOmm,第二正方環(huán)貼片(113)內(nèi)徑為7mmX7mm,第二正方環(huán)貼片(113)外徑為13mmX13mm, L1=L2=0.5mm,十字形貼片(115)的寬度為2mm，十字形貼片(115)的長度為14mm，L形貼片(114)的橫邊到相鄰且平行的第二正方環(huán)貼片(113)的直角邊的間距為0.5mm。
【文檔編號】H01Q17/00GK103943967SQ201410114991
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】湯洋, 高勁松, 王巖松 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所