專利名稱：超薄多頻段電磁波吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于微波頻段的電磁波吸收器，屬于雷達和新型人工電磁材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
新型人工電磁材料(Metamaterials)是一種可以人工設(shè)計、滿足特定等效介電常數(shù)和磁導率要求的電磁材料。新型人工電磁材料是基于等效媒質(zhì)理論，即可以通過改變新型人工電磁材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸來改變等效介電常數(shù)和磁導率。經(jīng)過十多年的發(fā)展，新型人工電磁材料得到了長足的發(fā)展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應用。傳統(tǒng)的電磁吸波材料，厚度厚、體積大，在實際應用中受到很多約束。超薄多頻段電磁波吸收器是利用新型人工電磁材料的諧振特性，通過調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)的尺寸來實現(xiàn)對電磁波的零反射和零透射，從而實現(xiàn)對電磁波的吸收。超薄多頻段電磁波吸收器相比于傳統(tǒng)材料不僅厚度大大的降低，并且可以實現(xiàn)對電磁波多頻段的吸收，在隱身和成像等領(lǐng)域都有很大的潛在應用價值。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種基于新型人工電磁材料的超薄多頻段的電磁波吸收器。這種電磁波吸收器可以在多個任意設(shè)計的頻段內(nèi)實現(xiàn)對電磁波的吸收。并且在不同電磁波極化下，對大角度入射的電磁波也有良好的吸收效果。超薄多頻段電磁波吸收器由新型人工電磁材料的單元結(jié)構(gòu)組成，具有易于加工、成本低、厚度薄、重量輕等特點，易于和被隱身的物體共形。因此具有很高的實用價值。[0005]技術(shù)方案本實用新型的多頻段電磁波吸收器包括金屬背板、介質(zhì)層以及電場耦合電容電感諧振器，介質(zhì)層的一面設(shè)置金屬背板，介質(zhì)層的另一面設(shè)置不同大小的電場耦合電容電感諧振器；其中，所述的電場耦合電容電感諧振器包括金屬框和電場耦合電容，電場耦合電容位于金屬框中，且電場耦合電容兩端與金屬框連接。該電磁波吸收器包括雙頻段的電磁波吸收器和三頻段的電磁波吸收器，雙頻段的電磁波吸收器由4個電場耦合電容電感諧振器構(gòu)成一個正方形，每條邊有2個電場耦合電容電感諧振器；三頻段的電磁波吸收器由9個電場耦合電容電感諧振器構(gòu)成一個方形，每條邊有3個電場耦合電容電感諧振器所述的電場耦合電容電感諧振器的尺寸大小可以調(diào)節(jié)，各電場耦合電容電感諧振器之間的比例可以調(diào)節(jié)，以改變電磁波吸收率以及吸收頻段。將單元結(jié)構(gòu)向χ、y方向進行周期沿拓，即可得到多頻段電磁波吸收器。該吸收器制造方便、厚度薄、重量輕、易于共形，且對不同極化下的電磁波在大角度入射下均有完美的吸收效果，在雷達隱身、成像等領(lǐng)域具有重要的應用前景。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)勢1.本實用新型制作簡單，加工方便。利用成熟的PCB加工技術(shù)可以完成對本實用新型的加工。傳統(tǒng)的吸波材料需要復雜的工序，加工繁瑣，并且價格昂貴。2.本實用新型具有多頻段特性，在單頻段吸波器的基礎(chǔ)上拓展至多頻段吸收，在雷達隱身，成像以及測輻射儀等領(lǐng)域均有更加廣闊的應用前景。3.本實用新型對大角度斜入射的電磁波也具有完美的吸收效果。在實際應用中， 復雜的電磁環(huán)境，斜入射波比正入射波更加普遍，因此本實用新型能良好的適應復雜的電磁環(huán)境。4.本實用新型同時具備便攜、重量輕、容易集成等優(yōu)點。較傳統(tǒng)的吸波材料，本發(fā)明僅為單層、厚度僅為1毫米，重量輕、易于共形。

圖1是單頻段電磁波吸收器單元結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2 (a)為雙頻段電磁波吸收器的單元結(jié)構(gòu)；圖2 (b)是三頻段電磁吸收器的單元結(jié)構(gòu)。圖3是雙頻段電磁波吸收器在電磁波正入射下的仿真和實驗結(jié)果。圖4是在TE波極化下的仿真和實驗結(jié)果，圖5是在TM波極化下的仿真和實驗結(jié)果。圖6是三頻段電磁波吸收器在電磁波正入射下的仿真和實驗結(jié)果。圖7和圖8分別是TE和TM波入射下的仿真和實驗結(jié)果。圖中有電場耦合電容電感諧振器A、金屬框Al、電場耦合電容A2。
具體實施方式
超薄多頻段電磁波吸收器是基于單頻段電磁波吸收器，其單元結(jié)構(gòu)是由圖1所示的電場耦合電容電感諧振器以及金屬背板組成，兩層由介質(zhì)基板隔開，間距僅為1毫米。當電場沿垂直電場耦合電容方向激勵時，電場耦合電容電感將產(chǎn)生電諧振， 其等效介電常數(shù)滿足洛倫茲模型；同時金屬背板的存在使得感應電流在兩金屬層之間形成環(huán)路電流，發(fā)生磁諧振，這時通過調(diào)諧電場耦合電容電感諧振器的尺寸，可以實現(xiàn)在某一頻段下等效介電常數(shù)和等效磁導率與自由空間匹配，從而達到零反射；同時，由于金屬背板的作用，電磁波呈現(xiàn)零透射。根據(jù)吸收率=1-反射率-透射率，該單頻段吸收器能達到完美的吸波效果。超薄多頻段吸收器是在單頻段吸收器的基礎(chǔ)上，引入不同比例大小的電場耦合諧振器作為單元結(jié)構(gòu)，并進行合理的排列組合，使得其在多個頻段上均有完美的吸波效果。圖 2 (a)和(b)所示為雙頻段及三頻段電磁波吸收器單元結(jié)構(gòu)的示意圖。吸收器的整體結(jié)構(gòu)就是對單元結(jié)構(gòu)在χ和y方向進行周期沿拓。圖2 (a)中單元1和4具有相同尺寸，單元 2和3具有相同尺寸；通過調(diào)節(jié)兩者之間的比例，可以實現(xiàn)在設(shè)計的雙頻段內(nèi)的對電磁波的完美吸收。圖2 (b)中單元3、5、7具有相同尺寸，單元1、6和8具有相同尺寸，單元2、4、9 具有相同尺寸。通過調(diào)節(jié)三種尺寸單元間的比例，可以實現(xiàn)在三個頻段內(nèi)的對電磁波完美吸收。此外，超薄多頻段電磁波吸收器在不同極化下的大角度斜入射波均有良好的吸收效果。此特點使得其在實際應用下有更大的發(fā)展前景。本實用新型由不同比例大小的電場耦合電容電感諧振器以及金屬背板組成，兩層由介質(zhì)基板隔開，間距僅為1毫米。根據(jù)調(diào)諧電場耦合電容電感諧振器的比例，可以實現(xiàn)不同頻段下對電磁波的吸收。實驗結(jié)果顯示，雙頻段電磁波吸收器在9. 19GHz和12. 35GHz分布呈現(xiàn)99. 8%和 98. 9%的吸收率。在TE波極化下，隨著入射角度的增大，吸收率逐漸降低，但均保持在89% 以上。TM極化下，隨著入射角度的增大，吸收率不變，保持在99%以上，僅僅吸收峰位置有些偏移，且偏移小于70MHz。對于三頻段電磁波吸收器，在7. 46GHz、10. 43GHz以及12. 23GHz呈現(xiàn)99. 1%、94. 8% 以及92. 5%的吸收率。在TE和TM波極化下，實驗結(jié)果類似于雙波段電磁波吸收器。
權(quán)利要求1.一種多頻段電磁波吸收器，其特征在于該電磁波吸收器包括金屬背板、介質(zhì)層以及電場耦合電容電感諧振器(A)，介質(zhì)層的一面設(shè)置金屬背板，介質(zhì)層的另一面設(shè)置不同大小的電場耦合電容電感諧振器(A)；其中，所述的電場耦合電容電感諧振器(A)包括金屬框 (Al)和電場耦合電容(A2)，電場耦合電容(A2)位于金屬框(Al)中，且電場耦合電容(A2) 兩端與金屬框(Al)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻段電磁波吸收器，其特征在于該電磁波吸收器包括雙頻段的電磁波吸收器和三頻段的電磁波吸收器，雙頻段的電磁波吸收器由4個電場耦合電容電感諧振器(A)構(gòu)成一個正方形，每條邊有2個電場耦合電容電感諧振器(A)；三頻段的電磁波吸收器由9個電場耦合電容電感諧振器(A)構(gòu)成一個方形，每條邊有3個電場耦合電容電感諧振器(A)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多頻段電磁波吸收器，其特征在于所述的電場耦合電容電感諧振器(A)的尺寸大小可以調(diào)節(jié)，各電場耦合電容電感諧振器(A)之間的比例可以調(diào)節(jié)，以改變電磁波吸收率以及吸收頻段。
專利摘要多頻段電磁波吸收器是由不同比例大小的電場耦合電容電感諧振器以及金屬背板構(gòu)成。該電磁波吸收器包括金屬背板、介質(zhì)層以及電場耦合電容電感諧振器(A)，介質(zhì)層的一面設(shè)置金屬背板，介質(zhì)層的另一面設(shè)置不同大小的電場耦合電容電感諧振器(A)；其中，所述的電場耦合電容電感諧振器(A)包括金屬框(A1)和電場耦合電容(A2)，電場耦合電容(A2)位于金屬框(A1)中，且電場耦合電容(A2)兩端與金屬框(A1)連接。將單元結(jié)構(gòu)向x、y方向進行周期沿拓，即可得到多頻段電磁波吸收器。該吸收器制造方便、厚度薄、重量輕、易于共形，且對不同極化下的電磁波在大角度入射下均有完美的吸收效果，在雷達隱身、成像等領(lǐng)域具有重要的應用前景。
文檔編號H05K9/00GK202085438SQ20112006245
公開日2011年12月21日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者崔鐵軍, 李惠 申請人:東南大學