一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料的制作方法
【專利摘要】一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，包括介質(zhì)基板、金屬背板。介質(zhì)基板由三層介質(zhì)板組成，最下層介質(zhì)板的下表面附著金屬背板。每層介質(zhì)板的上表面分別噴涂一層導(dǎo)電膜，每層導(dǎo)電膜由固定間距排布的多個面積相等的導(dǎo)電膜單元組成，自最上層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面積至最下層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面積逐漸增大。本發(fā)明可在寬頻帶范圍實現(xiàn)電磁波的吸收，整體厚度薄，并且有較好的角度穩(wěn)定性和極化穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及電磁材料技術(shù)領(lǐng)域中的一種多層結(jié)構(gòu)的 寬帶電磁吸波材料。本發(fā)明可在寬頻帶范圍實現(xiàn)電磁波的吸收，且具有穩(wěn)定性，用于常規(guī)吸 波用途和熱成像領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁超材料(Metamaterials)也叫新型人工電磁媒質(zhì)，是指在自然界中本身并不 存在，而是根據(jù)電磁學(xué)理論人工設(shè)計所構(gòu)造出來的，具有非常規(guī)電磁的人造媒質(zhì)或結(jié)構(gòu)。超 材料因其所具有的奇異特性已被廣泛應(yīng)用于高方向性天線、隱身技術(shù)、雷達(dá)以及微波毫米 波器件設(shè)計等諸多領(lǐng)域。同時，對超材料的研究也涵蓋了材料科學(xué)與工程、微波天線理論、 電磁理論以及先進測量等一系列學(xué)科。
[0003] 寬帶電磁吸波材料是應(yīng)用于電磁波吸收的一種新型寬帶電磁材料，電磁波進入寬 帶電磁吸波材料中會表現(xiàn)出許多獨特的現(xiàn)象，如電磁波在寬帶電磁吸波材料表面不反射或 反射很小、電磁波在寬帶電磁吸波材料內(nèi)損耗等，這在電磁波吸收和隱身技術(shù)等有廣闊的 應(yīng)用前景。
[0004] X · P · Shen等人在其發(fā)表的論文 "Polarization-independent wide-angle triple-band metamaterial absorber"（Optics Express 9401，vol·19，no·10，（2011))中 提出了一種單層結(jié)構(gòu)的電磁吸波材料。該電磁吸波材料由附著在介質(zhì)板上的三個方形環(huán)構(gòu) 成，通過強諧振實現(xiàn)了三個頻點的吸波，但是，該電磁吸波材料仍然存在的不足之處是，由 于采用強諧振實現(xiàn)電磁波的吸收，它是窄帶吸波材料。
[0005] Ding Fei等人在其發(fā)表的論文 "Ultra-broadband microwave metamaterial absorber"（Applied Physics Letters，APL 100，103506(2012))中提出了一種多層結(jié)構(gòu)的 電磁吸波材料。該電磁吸波材料整體為金字塔型，每個單元有20層介質(zhì)，20層金屬層和金屬 反射板組成，多層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多個諧振，從而展寬吸波帶寬，但是，該電磁吸波材料仍然存 在的不足之處是，它的整體厚度變厚，對其廣泛應(yīng)用有限。
[0006] 深圳光啟高等理工研究院在其申請的專利"吸波超材料"（申請?zhí)枺?201110338214.6,申請公布號：103094708A)中公開了一種吸波超材料。該吸波超材料由多 層介質(zhì)基材和附著于人工微結(jié)構(gòu)組成，調(diào)整人工微結(jié)構(gòu)的尺寸等，實現(xiàn)寬帶電磁波的吸收。 該吸波超材料存在的不足之處是，其微結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對加工精度要求高，工程實現(xiàn)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的電磁吸波材料面臨的不足，提出了一種多層結(jié)構(gòu)的寬 帶電磁吸波材料，使得電磁吸波材料具有寬帶吸波特性，并且滿足吸波入射角范圍廣和吸 收任意極化角度的電磁波。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括介質(zhì)基板、金屬背板。介質(zhì)基板由三層介質(zhì)板組成， 最下層介質(zhì)板的下表面附著金屬背板。每層介質(zhì)板的上表面分別噴涂一層導(dǎo)電膜，每層導(dǎo) 電膜由固定間距排布的多個面積相等的導(dǎo)電膜單元組成，自最上層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜 單元的面積至最下層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面積逐漸增大。
[0009]發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0010]第一，由于本發(fā)明使用三層介質(zhì)板和三層噴涂在介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜，克服了 現(xiàn)有技術(shù)存在的電磁吸波材料整體厚度變厚，限制其廣泛應(yīng)用的缺點，使得本發(fā)明具有厚 度薄的優(yōu)點。
[0011] 第二，由于本發(fā)明使用面積逐漸增大的三層導(dǎo)電膜單元，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的 電磁吸波材料窄帶吸波的缺點，使得本發(fā)明具有寬帶吸波的優(yōu)點。
[0012] 第三，由于本發(fā)明使用三層導(dǎo)電膜單元，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的電磁吸波材料結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，工程實現(xiàn)性差的缺點，使得本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，工程可實現(xiàn)性好的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的二維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的實施例1的一個結(jié)構(gòu)單元的示意圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明的實施例1的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明的實施例2的一個結(jié)構(gòu)單元的示意圖；
[0017] 圖5為本發(fā)明的實施例2的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6為本發(fā)明的實施例1垂直入射的電磁波的吸波率隨頻率變化曲線圖；
[0019] 圖7為本發(fā)明的實施例1不同俯仰角吸波率隨頻率變化曲線圖；
[0020] 圖8為本發(fā)明的實施例1不同方位角吸波率隨頻率變化曲線圖。
[0021 ]具體實現(xiàn)方式
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0023] 參照附圖1，對本發(fā)明寬帶電磁吸波材料的二維結(jié)構(gòu)作進一步的描述。
[0024]本發(fā)明包括介質(zhì)基板1、金屬背板3。介質(zhì)基板1由三層介質(zhì)板組成，最下層介質(zhì)板 的下表面附著金屬背板3。每層介質(zhì)板的上表面分別噴涂一層導(dǎo)電膜2,每層導(dǎo)電膜由固定 間距排布的多個面積相等的導(dǎo)電膜單元21組成，自最上層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面 積至最下層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面積逐漸增大。
[0025] 介質(zhì)基板1的相對介電常數(shù)介于2~10之間，厚度為0.5mm~2_。
[0026]導(dǎo)電膜單元21的形狀為正方形或正多邊形。
[0027] 導(dǎo)電膜單元21的方阻介于6 Ω /sq~300 Ω /sq之間。
[0028] 導(dǎo)電膜單元21的固定間距排布是指，每層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元1間 距 Imm ~IOmm 〇
[0029] 導(dǎo)電膜單元21面積逐漸增大是指，自最上層介質(zhì)板的上表面導(dǎo)電膜單元至最下層 介質(zhì)板的上表面導(dǎo)電膜單元面積逐漸增大以介于5%~80%之間的比例增大。
[0030] 本發(fā)明的實施例1描述了在7GHz~36GHz頻率范圍內(nèi)，吸波率能夠達(dá)到90%以上 時，寬帶電磁吸波材料采用的各結(jié)構(gòu)尺寸如下。
[0031] 參照附圖2,對本發(fā)明對實施例1的單元結(jié)構(gòu)作進一步的描述。
[0032]本發(fā)明的實施例1的三層介質(zhì)基板27、25、23的相對介電常數(shù)為2.65,損耗角正切 0.001，最下層介質(zhì)基板27的厚度為1.5mm，中間層介質(zhì)基板25的厚度為0.8mm，最上層介質(zhì) 基板23的厚度為1.5mm。
[0033] 本發(fā)明的實施例1中的三層導(dǎo)電膜單元24、22、20的形狀為正方形，最下層介質(zhì)板 的上表面的導(dǎo)電膜單元24的方阻為130 Ω/sq、邊長為6.8mm，中間層介質(zhì)板的上表面的導(dǎo)電 膜單元22的方阻為100 Ω/sq、邊長為5.6mm，最上層介質(zhì)板的上表面的導(dǎo)電膜單元20的方阻 為70 Ω /sq、邊長為3.2mm。最下層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元24中心間距為8mm，中 間層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元22中心間距為8mm，最上層介質(zhì)板的上表面的兩兩 導(dǎo)電膜單元20中心間距為8mm。
[0034] 參照附圖3,對本發(fā)明實施例1寬帶電磁吸波材料的三維結(jié)構(gòu)作進一步的描述。 [0035] 本發(fā)明的實施例2描述了在IOGHz~41GHz頻率范圍內(nèi)，吸波率能夠達(dá)到90%以上 時，寬帶電磁吸波材料采用的各結(jié)構(gòu)尺寸如下。
[0036]參照附圖4,對本發(fā)明對實施例2的單元結(jié)構(gòu)作進一步的描述。
[0037]本發(fā)明的實施例2的三層介質(zhì)基板45、43、41的相對介電常數(shù)為2.65,損耗角正切 0.003,最下層介質(zhì)基板45的厚度為1mm，中間層介質(zhì)基板43的厚度為0.8mm，最上層介質(zhì)基 板41的厚度為0.5mm。
[0038] 本發(fā)明的實施例2中的三層導(dǎo)電膜單元44、42、40的形狀為正六方形，最下層介質(zhì) 板的上表面的導(dǎo)電膜單元44的方阻為115 Ω/sq、邊長為2.6mm，中間層介質(zhì)板的上表面的導(dǎo) 電膜單元42的方阻為100 Ω/sq、邊長為1.8mm，最上層介質(zhì)板的上表面的導(dǎo)電膜單元40的方 阻為75 Ω /sq、邊長為1mm。最下層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元44中心間距為6.2mm， 中間層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元42中心間距為6.2mm，最上層介質(zhì)板的上表面的 兩兩導(dǎo)電膜單元40中心間距為6.2mm。
[0039] 參照附圖5,對本發(fā)明實施例2寬帶電磁吸波材料的三維結(jié)構(gòu)作進一步的描述。
[0040] 圖6是本發(fā)明實施例1垂直入射的電磁波的吸波率隨頻率變化曲線圖，圖6中的橫 軸為頻率，縱軸為吸波率。吸波率為I- I Sn 12_ I S2112，式中I Sn I表示反射系數(shù)的模值，I S21 表示透射系數(shù)的模值，由于存在反射背板，透射系數(shù)I S211 =0,吸波率簡化為I-1 Sn 12。由圖6 可以看出，在7GHz~36GHz頻率范圍內(nèi)，吸波率能夠達(dá)到90%以上。
[0041 ]圖7是本發(fā)明實施例1不同俯仰角吸波率隨頻率變化曲線圖，圖7中橫軸為頻率，縱 軸為吸波率，圖7中以方形標(biāo)示的曲線表示@ = 〇°方位角時，俯仰角為Θ = 0°的吸波率曲線。圖 7中以圓形標(biāo)示的曲線表示0-方位角時，俯仰角為θ = 15°的吸波率曲線。圖7中以上三角 標(biāo)示的曲線表示方位角時，俯仰角為θ = 30°的吸波率曲線。圖7中以下三角標(biāo)示的曲線 表示識=Cf方位角時，俯仰角為Θ = 45°的吸波率曲線。圖7中以菱形標(biāo)示的曲線表示P_=:〇°方位 角時，俯仰角為θ = 60°的吸波率曲線。由圖7可以看出，在俯仰角0°~45°范圍內(nèi)，吸波率在 80 %以上，說明本發(fā)明的角度穩(wěn)定性好。
[0042]圖8是本發(fā)明實施例1不同方位角吸波率隨頻率變化曲線圖，圖8中橫軸為頻率，縱 軸為吸波率，圖8中以方形標(biāo)示的曲線表示θ=〇°俯仰角時，方位角為的吸波率曲線。圖 8中以圓形標(biāo)示的曲線表示θ = 0°俯仰角時，方位角為供=3〇°的吸波率曲線。圖8中以上三角 標(biāo)示的曲線表示9 = 0°俯仰角時，方位角為^ = 6()的吸波率曲線。圖8中以下三角標(biāo)示的曲線 表示θ = 0°俯仰角時，方位角為的吸波率曲線。由圖8可以看出，在方位角0°~90°范圍 內(nèi)，吸波率都在90 %以上，說明本發(fā)明的極化穩(wěn)定性好。
【主權(quán)項】
1. 一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，包括介質(zhì)基板（1)、金屬背板(3)，其特征在于， 所述的介質(zhì)基板（1)由三層介質(zhì)板組成，最下層介質(zhì)板的下表面附著金屬背板(3);每層介 質(zhì)板的上表面分別噴涂一層導(dǎo)電膜(2)，每層導(dǎo)電膜由固定間距排布的多個面積相等的導(dǎo) 電膜單元(21)組成，自最上層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電膜單元的面積至最下層介質(zhì)板上表面的 導(dǎo)電膜單元的面積逐漸增大。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的介質(zhì) 基板(1)的相對介電常數(shù)介于2~10之間，厚度為0.5mm~2_。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導(dǎo)電 膜單元(21)的形狀為正方形或正多邊形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導(dǎo)電 膜單元(21)的方阻介于6 Ω /sq~300 Ω /sq之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導(dǎo)電 膜單元（21)的固定間距排布是指，每層介質(zhì)板的上表面的兩兩導(dǎo)電膜單元中心間距1mm~ 10mm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層結(jié)構(gòu)的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導(dǎo)電 膜單元(21)面積逐漸增大是指，自最上層介質(zhì)板的上表面導(dǎo)電膜單元至最下層介質(zhì)板的上 表面導(dǎo)電膜單元面積逐漸增大以介于5%~80%之間的比例增大。
【文檔編號】H01Q17/00GK106058484SQ201610536572
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】李龍, 呂志勇, 劉海霞, 余世星, 馬芳, 張慧瑩
【申請人】西安電子科技大學(xué)