CN102186330A

CN102186330A - 超薄多频段电磁波吸收器

Info

Publication number: CN102186330A
Application number: CN2011100580291A
Authority: CN
Inventors: 崔铁军; 李惠
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: CN102186330B

Abstract

多频段电磁波吸收器是由不同比例大小的电场耦合电容电感谐振器以及金属背板构成。该电磁波吸收器包括金属背板、介质层以及电场耦合电容电感谐振器（A），介质层的一面设置金属背板，介质层的另一面设置不同大小的电场耦合电容电感谐振器（A）；其中，所述的电场耦合电容电感谐振器（A）包括金属框（A1）和电场耦合电容（A2），电场耦合电容（A2）位于金属框（A1）中，且电场耦合电容（A2）两端与金属框（A1）连接。将单元结构向x、y方向进行周期沿拓，即可得到多频段电磁波吸收器。该吸收器制造方便、厚度薄、重量轻、易于共形，且对不同极化下的电磁波在大角度入射下均有完美的吸收效果，在雷达隐身、成像等领域具有重要的应用前景。

Description

超薄多频段电磁波吸收器

技术领域

本发明是一种用于微波频段的电磁波吸收器，属于雷达和新型人工电磁材料领域。

背景技术

新型人工电磁材料（Metamaterials）是一种可以人工设计、满足特定等效介电常数和磁导率要求的电磁材料。新型人工电磁材料是基于等效媒质理论，即可以通过改变新型人工电磁材料单元结构的尺寸来改变等效介电常数和磁导率。经过十多年的发展，新型人工电磁材料得到了长足的发展，在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用。

传统的电磁吸波材料，厚度厚、体积大，在实际应用中受到很多约束。超薄多频段电磁波吸收器是利用新型人工电磁材料的谐振特性，通过调节单元结构的尺寸来实现对电磁波的零反射和零透射，从而实现对电磁波的吸收。超薄多频段电磁波吸收器相比于传统材料不仅厚度大大的降低，并且可以实现对电磁波多频段的吸收，在隐身和成像等领域都有很大的潜在应用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于新型人工电磁材料的超薄多频段的电磁波吸收器。这种电磁波吸收器可以在多个任意设计的频段内实现对电磁波的吸收。并且在不同电磁波极化下，对大角度入射的电磁波也有良好的吸收效果。超薄多频段电磁波吸收器由新型人工电磁材料的单元结构组成，具有易于加工、成本低、厚度薄、重量轻等特点，易于和被隐身的物体共形。因此具有很高的实用价值。

技术方案：本发明的多频段电磁波吸收器包括金属背板、介质层以及电场耦合电容电感谐振器，介质层的一面设置金属背板，介质层的另一面设置不同大小的电场耦合电容电感谐振器；其中，所述的电场耦合电容电感谐振器包括金属框和电场耦合电容，电场耦合电容位于金属框中，且电场耦合电容两端与金属框连接。该电磁波吸收器包括双频段的电磁波吸收器和三频段的电磁波吸收器，双频段的电磁波吸收器由4个电场耦合电容电感谐振器构成一个正方形，每条边有2个电场耦合电容电感谐振器；三频段的电磁波吸收器由9个电场耦合电容电感谐振器构成一个方形，每条边有3个电场耦合电容电感谐振器。

所述的电场耦合电容电感谐振器的尺寸大小可以调节，各电场耦合电容电感谐振器之间的比例可以调节，以改变电磁波吸收率以及吸收频段。

将单元结构向x、y方向进行周期沿拓，即可得到多频段电磁波吸收器。该吸收器制造方便、厚度薄、重量轻、易于共形，且对不同极化下的电磁波在大角度入射下均有完美的吸收效果，在雷达隐身、成像等领域具有重要的应用前景。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优势：1. 本发明制作简单，加工方便。利用成熟的PCB加工技术可以完成对本发明的加工。传统的吸波材料需要复杂的工序，加工繁琐，并且价格昂贵。

2. 本发明具有多频段特性，在单频段吸波器的基础上拓展至多频段吸收，在雷达隐身，成像以及测辐射仪等领域均有更加广阔的应用前景。

3. 本发明对大角度斜入射的电磁波也具有完美的吸收效果。在实际应用中，复杂的电磁环境，斜入射波比正入射波更加普遍，因此本发明能良好的适应复杂的电磁环境。

4. 本发明同时具备便携、重量轻、容易集成等优点。较传统的吸波材料，本发明仅为单层、厚度仅为1毫米，重量轻、易于共形。

附图说明

图1是单频段电磁波吸收器单元结构的示意图。

图2是本发明的结构示意图，其中图2（a）为双频段电磁波吸收器的单元结构；图2（b）是三频段电磁吸收器的单元结构。

图3是双频段电磁波吸收器在电磁波正入射下的仿真和实验结果。

图4是在TE波极化下的仿真和实验结果，图5是在TM波极化下的仿真和实验结果。

图6是三频段电磁波吸收器在电磁波正入射下的仿真和实验结果。

图7和图8分别是TE和TM波入射下的仿真和实验结果。

图中有：电场耦合电容电感谐振器A、金属框A1、电场耦合电容A2。

具体实施方式超薄多频段电磁波吸收器是基于单频段电磁波吸收器，其单元结构是由图1所示的电场耦合电容电感谐振器以及金属背板组成，两层由介质基板隔开，间距仅为1毫米。当电场沿垂直电场耦合电容方向激励时，电场耦合电容电感将产生电谐振，其等效介电常数满足洛伦兹模型；同时金属背板的存在使得感应电流在两金属层之间形成环路电流，发生磁谐振，这时通过调谐电场耦合电容电感谐振器的尺寸，可以实现在某一频段下等效介电常数和等效磁导率与自由空间匹配，从而达到零反射；同时，由于金属背板的作用，电磁波呈现零透射。根据吸收率=1-反射率-透射率，该单频段吸收器能达到完美的吸波效果。

超薄多频段吸收器是在单频段吸收器的基础上，引入不同比例大小的电场耦合谐振器作为单元结构，并进行合理的排列组合，使得其在多个频段上均有完美的吸波效果。图2（a）和（b）所示为双频段及三频段电磁波吸收器单元结构的示意图。吸收器的整体结构就是对单元结构在x和y方向进行周期沿拓。图2（a）中单元1和4具有相同尺寸，单元2和3具有相同尺寸；通过调节两者之间的比例，可以实现在设计的双频段内的对电磁波的完美吸收。图2（b）中单元3、5、7具有相同尺寸，单元1、6和8具有相同尺寸，单元2、4、9具有相同尺寸。通过调节三种尺寸单元间的比例，可以实现在三个频段内的对电磁波完美吸收。

此外，超薄多频段电磁波吸收器在不同极化下的大角度斜入射波均有良好的吸收效果。此特点使得其在实际应用下有更大的发展前景。

本发明由不同比例大小的电场耦合电容电感谐振器以及金属背板组成，两层由介质基板隔开，间距仅为1毫米。根据调谐电场耦合电容电感谐振器的比例，可以实现不同频段下对电磁波的吸收。

实验结果显示，双频段电磁波吸收器在9.19GHz和12.35GHz分布呈现99.8%和98.9%的吸收率。在TE波极化下，随着入射角度的增大，吸收率逐渐降低，但均保持在89%以上。TM极化下，随着入射角度的增大，吸收率不变，保持在99%以上，仅仅吸收峰位置有些偏移，且偏移小于70MHz。

对于三频段电磁波吸收器，在7.46GHz、10.43GHz以及12.23GHz呈现99.1%、94.8%以及92.5%的吸收率。在TE和TM波极化下，实验结果类似于双波段电磁波吸收器。

Claims

1.一种多频段电磁波吸收器，其特征在于该电磁波吸收器包括金属背板、介质层以及电场耦合电容电感谐振器（A），介质层的一面设置金属背板，介质层的另一面设置不同大小的电场耦合电容电感谐振器（A）；其中，所述的电场耦合电容电感谐振器（A）包括金属框（A1）和电场耦合电容（A2），电场耦合电容（A2）位于金属框（A1）中，且电场耦合电容（A2）两端与金属框（A1）连接。

2.根据权利要求1所述的多频段电磁波吸收器，其特征在于该电磁波吸收器包括双频段的电磁波吸收器和三频段的电磁波吸收器，双频段的电磁波吸收器由4个电场耦合电容电感谐振器（A）构成一个正方形，每条边有2个电场耦合电容电感谐振器（A）；三频段的电磁波吸收器由9个电场耦合电容电感谐振器（A）构成一个方形，每条边有3个电场耦合电容电感谐振器（A）。

3.根据权利要求1或2所述的多频段电磁波吸收器，其特征在于所述的电场耦合电容电感谐振器（A）的尺寸大小可以调节，各电场耦合电容电感谐振器（A）之间的比例可以调节，以改变电磁波吸收率以及吸收频段。