專利名稱：正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，可用于常規(guī)吸波用途和熱成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，吸波材料的作用越來越重要，對(duì)其要求也越來越高，吸波材料正向性能穩(wěn)定，厚度薄，重量輕，吸收強(qiáng)，制備簡(jiǎn)單等方向發(fā)展。常見的新型吸波材料主要有如下幾種鐵氧體，金屬鐵微粉，多晶鐵纖維，乙炔炭黑，陶瓷材料，結(jié)構(gòu)式吸波材料。它們的優(yōu)缺點(diǎn)分別如下鐵氧體，優(yōu)點(diǎn)是吸收頻帶寬，吸收率高，缺點(diǎn)是密度大，使部件過重，并且高頻效應(yīng)也不太理想；金屬鐵微粉，優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是其抗氧化，抗酸堿能力差，低頻吸收性能較差；多晶鐵纖維，優(yōu)點(diǎn)是密度較小，缺點(diǎn)是吸收率不夠高；乙炔炭黑，優(yōu)點(diǎn)是不僅能吸收電磁波，還能有效抑制紅外輻射，缺點(diǎn)是高溫抗氧化性差；陶瓷材料，優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是制備工藝較復(fù)雜；結(jié)構(gòu)式吸波材料，優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單成熟，使用常規(guī)的印制電路板技術(shù)即可完成，厚度較薄，通過調(diào)節(jié)尺寸可吸收任意頻段的電磁波，而前面所述的吸波材料都只能吸收某一特定頻段的電磁波，缺點(diǎn)是吸收頻帶較窄。結(jié)構(gòu)式吸波材料最早由美國(guó)波士頓大學(xué)的N. I. Landy等人于2008年在 physicalreview letters, PRL 100,207402(2008)上發(fā)表了“完美超材料吸波體”，提出了一種較薄的結(jié)構(gòu)式吸波材料，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)正面為背部相連的開口金屬環(huán)110，背面為金屬長(zhǎng)條130，中間為有耗介質(zhì)120，通過使入射的電磁波在其中諧振并消耗，達(dá)到吸波的目的。但此種結(jié)構(gòu)只能吸收單一極化角度的電磁波，并且吸波性能隨電磁波入射角的變大迅速惡化，而且只有單一的吸波峰值點(diǎn)，這些都對(duì)其應(yīng)用構(gòu)成了極大的限制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述結(jié)構(gòu)式吸波材料的不足，提出一種正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，以吸收任意極化角度的電磁波，展寬吸波入射角，增加吸波峰值點(diǎn)，擴(kuò)寬其應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有的開口環(huán)諧振結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形，使其有兩個(gè)電磁諧振點(diǎn)，產(chǎn)生雙頻帶吸波效果，并且采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可吸收任意極化角度的電磁波。它采用雙面覆銅有機(jī)高分子聚合物基板或無機(jī)陶瓷基板，該介質(zhì)基板的正面為刻蝕的金屬圖案，背面作為全金屬底板，其中金屬圖案由4條指向中心的金屬線箭頭和正多邊形金屬線框組成，正多邊形金屬線框的邊數(shù)為大于3的偶數(shù)；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線形成中間設(shè)有一個(gè)十字形縫隙的對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該正多邊形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿尾端連接。所述的每條指向中心的金屬線箭頭頂端的兩條短線與中桿的夾角為Θ，且θ = 45°。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)相對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本實(shí)用新型通過金屬線箭頭組成的十字交叉對(duì)稱結(jié)構(gòu)可降低材料對(duì)入射波極化角度的敏感度，從而吸收任意極化角度的電磁波。(2)相對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本實(shí)用新型通過相互連接的箭頭頂端短桿、箭頭主桿和金屬線框，產(chǎn)生了較長(zhǎng)的感應(yīng)電流路徑，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的電尺寸較小，對(duì)入射波的入射角敏感度下降，展寬吸波入射角。(3)相對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本實(shí)用新型通過箭頭與箭頭之間、箭頭的短桿與金屬線框之間的縫隙可使不同頻段的電磁波產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生兩個(gè)吸波峰值點(diǎn)。(4)相對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本實(shí)用新型的厚度的電尺寸小于現(xiàn)有技術(shù)的一半。

圖1是N. I. Landy等人提出的完美超材料吸波體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型提出的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型提出的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型提出的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的吸波率仿真結(jié)果；圖6是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的吸波率隨入射波的極化角變化仿真結(jié)果；圖7是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的吸波率隨入射波的入射角變化仿真結(jié)果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型選用雙面覆銅的有機(jī)高分子聚合物介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，基板厚度選擇為λ/68。該基板的一面刻蝕有金屬圖案210，另一面不刻蝕， 作為全金屬底板230。金屬圖案210由4條指向中心的金屬線箭頭211和正四邊形金屬線框212組成，4條指向中心的金屬線箭頭211頂端兩條短線211Β形成對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)， 該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個(gè)十字形縫隙213，每條金屬線箭頭211尾端都與正四邊形金屬線框212連接，其中正四邊形金屬線框212的周長(zhǎng)為80 λ /100，金屬箭頭211頂端兩條短線211Β、中桿211Α和金屬線框212的線寬均為λ/120，十字形縫隙213的寬度為λ/180， 金屬箭頭211頂端兩條短線211Β的長(zhǎng)度均為55 λ /500，并且兩條短線211Β不與金屬線框 212接觸。每條金屬線箭頭211頂端兩條短線211Β與其中桿211Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例2參照?qǐng)D3，本實(shí)用新型選用雙面覆銅的無機(jī)陶瓷介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，基板厚度選擇為λ/48。該基板的一面刻蝕有金屬圖案310，另一面不刻蝕，作為全金屬底板330。金屬圖案310由4條指向中心的金屬線箭頭311和正六邊形金屬線框312組成，4條指向中心的金屬線箭頭311頂端兩條短線311Β形成對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個(gè)十字形縫隙313，每條金屬線箭頭311尾端都與正六邊形金屬線框312連接，其中正六邊形金屬線框312的周長(zhǎng)為82 λ /100，金屬箭頭311頂端兩條短線311Β、中桿 311Α和金屬線框312的線寬均為λ/100，十字形縫隙313的寬度為λ/120，金屬箭頭311 頂端兩條短線311Β的長(zhǎng)度均為57 λ /500，并且兩條短線311Β不與金屬線框312接觸。每條金屬線箭頭311頂端兩條短線311Β與其中桿311Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例3參照?qǐng)D4，本實(shí)用新型選用雙面覆銅的有機(jī)高分子聚合物介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，基板厚度選擇為λ/55。該基板的一面刻蝕有金屬圖案410，另一面不刻蝕， 作為全金屬底板430。金屬圖案410由4條指向中心的金屬線箭頭411和周長(zhǎng)為88 λ/100的正八邊形金屬線框412組成，4條指向中心的金屬線箭頭411頂端兩條長(zhǎng)度均為56 λ /500 的短線411Β形成對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個(gè)寬度為λ/140的十字形縫隙413，每條金屬線箭頭411頂端兩條短線411Β與其中桿411Α的夾角θ =45°，且每條金屬線箭頭411的尾端與正八邊形金屬線框412連接，金屬箭頭411頂端兩條短線411Β、 中桿411Α和金屬線框412的線寬均為λ /110，并且兩條短線411Β不與金屬線框412接觸。本實(shí)用新型的效果可通過仿真結(jié)果進(jìn)一步說明圖5是本實(shí)用新型對(duì)實(shí)施例1的吸波率仿真結(jié)果，其中吸波率定義為 1-1S1112-1s21|2，式中Is11I為反射系數(shù)的模值，S21為透射系數(shù)的模值，當(dāng)吸波率等于ι時(shí)表示既無反射也無透射，即電磁波被全部吸收。從圖5中可看出，有兩個(gè)吸波頻帶，且兩個(gè)吸波峰值的吸波率都接近1，即電磁波的全吸收。圖6給出了本實(shí)用新型實(shí)施例1的吸波率隨入射波的極化角變化仿真結(jié)果，從圖 6中可以看出本實(shí)用新型對(duì)任意極化角度的電磁波都有很好的吸收效果。圖7給出了本實(shí)用新型實(shí)施例1的吸波率隨入射波的入射角變化仿真結(jié)果，從圖 7中可以看出在0-60度的范圍內(nèi)，入射角的變化對(duì)本實(shí)用新型的吸波率影響不大。
權(quán)利要求1.一種正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，采用雙面覆銅有機(jī)高分子聚合物基板或無機(jī)陶瓷基板，該介質(zhì)基板(220)的正面為刻蝕的金屬圖案010)，背面作為全金屬底板030)，其特征在于金屬圖案OlO)由4條指向中心的金屬線箭頭(211)和正多邊形金屬線框(212)組成，正多邊形金屬線框的邊數(shù)為大于3的偶數(shù)；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線OllB) 形成中間設(shè)有一個(gè)十字形縫隙013)的對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該正多邊形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿OllA)尾端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于每條指向中心的金屬線箭頭頂端的兩條短線OllB)與中桿Q11A)的夾角為θ，且θ = 45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于介質(zhì)基板(220)厚度為λ/68 λ/48。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于正多邊形金屬線框 (212)周長(zhǎng)為 80 λ /100 88 λ /100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于金屬線箭頭(211) 頂端兩條短線OllB)、中桿QllA)和正多邊形金屬線框012)的線寬均為λ/120 λ/100。
6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于十字形縫隙(213) 的寬度為λ/180 λ/120。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于金屬箭頭011)頂端兩條短線OllB)的長(zhǎng)度均為55 λ /500 57 λ /500。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種正多邊形結(jié)構(gòu)式吸波材料。主要解決現(xiàn)有技術(shù)只能吸收單一極化角度的電磁波、吸波入射角較窄并且只有一個(gè)吸波峰值點(diǎn)的缺點(diǎn)。它是由背面為全金屬底板(230)和正面為刻蝕的金屬圖案(210)的介質(zhì)基板構(gòu)成，其中金屬圖案(210)由4條指向中心的金屬線箭頭(211)和邊數(shù)大于3的偶數(shù)的正多邊形金屬線框(212)組成；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線(211B)形成中間設(shè)有一個(gè)十字形縫隙(213)的對(duì)稱十字交叉結(jié)構(gòu)，且每條金屬線箭頭的中桿(211A)尾端與金屬線框連接。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有可吸收任意極化角度的電磁波，展寬吸波入射角，并且有兩個(gè)吸波峰值點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G12B17/02GK202013748SQ201120122518
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者李龍, 楊陽 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)