CN102291970B - 单、多频段微波吸收器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单、多频段微波吸收器，其中，多频段微波吸收器包括多个环状的人工电磁材料(1)、金属背板(3)和设置在金属背板(3)与人工电磁材料(1)之间的介质基板(2)，人工电磁材料(1)相互嵌套且同心设置；单频段微波吸收器，包括一个环状的人工电磁材料(1)、金属背板(3)和设置在金属背板(3)与人工电磁材料(1)之间厚度可调的介质基板(2)。本发明的多频段微波吸收器对大角度斜入射的微波也具有完美的吸收效果。在实际应用中，因为电磁环境复杂，斜入射波比正入射波更加普遍，因此本发明能良好地适应复杂的电磁环境。本发明采用的人工电磁材料(1)仅为单层，厚度薄、重量轻，易于共形。

Description

单、多频段微波吸收器

技术领域

本发明涉及微波吸收器，具体涉及单、多频段微波吸收器，可用于雷达隐身、雷达成像以及测辐射仪等领域。

背景技术

传统的电磁吸波材料厚度厚、体积大，仅适用于某一偏振极化的电磁波，大角度入射情况下吸收效果不理想，在实际应用中受到很多约束；且传统的电磁吸波材料的排布方式为垂直排布或水平排布，结构不紧凑。

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。人工电磁材料是基于等效媒质理论，即可以通过改变人工电磁材料单元结构的周长来改变等效介电常数和磁导率。经过十多年的发展，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。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种超薄的单、多频段微波吸收器，可降低反射和透射，进而实现对入射微波的完美吸收。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的多频段微波吸收器，包括多个环状的人工电磁材料、金属背板和设置在金属背板与人工电磁材料之间的介质基板，人工电磁材料相互嵌套且同心设置。通过改变人工电磁材料的个数和调节人工电磁材料内环与外环周长的比例，可以实现在设计频段内多频段的完美吸收，同时具有结构紧凑等优点。人工电磁材料相对于传统的电磁吸波材料厚度大大降低。本发明的多频段微波吸收器可以在多个任意设计的频段内实现对微波的吸收，并且在不同微波极化下，对大角度入射的微波也有良好的吸收效果。

上述人工电磁材料的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形，适用于大入射角和不同极化。

本发明的单频段微波吸收器，包括一个环状的人工电磁材料、金属背板和设置在金属背板与人工电磁材料之间厚度可调的介质基板。改变人工电磁材料的周长及介质基板的厚度，实现对微波的阻抗匹配，降低反射和透射，从而实现对入射微波的完美吸收。

上述人工电磁材料的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形，适用于不同极化。

本发明的微波吸收器具有易于加工、成本低、容易集成等优点；本发明的多频段微波吸收器具有多频段特性，在单频段微波吸收器的基础上拓展而来，结构紧凑、易于集成，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；本发明的多频段微波吸收器对大角度斜入射的微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；本发明采用的人工电磁材料仅为单层，厚度薄、重量轻，易于共形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例1中单频段微波吸收器的主视图；

图3为实施例2中双频段微波吸收器的主视图；

图4为实施例3中三频段微波吸收器的主视图；

图5为实施例1中单频段微波吸收器在微波正入射下的仿真结果；

图6为实施例2中双频段微波吸收器在微波正入射下的仿真结果；

图7为实施例3中三频段微波吸收器在微波正入射下的仿真结果；

图8为实施例2中双频段微波吸收器在微波正入射下的仿真(虚线)和实验结果(实线)；

图9为实施例3中三频段微波吸收器在微波正入射下的仿真(虚线)和实验结果(实线)；

图10为实施例2中双频段微波吸收器在多角度入射的实验结果；

图11为实施例3中三频段微波吸收器在多角度入射的实验结果；

图12为实施例2中双频段微波吸收器在外环周长保持不变时，改变内环周长，实现特定频率的吸收结果；

图13为实施例2中双频段微波吸收器在内环周长保持不变时，改变外环周长，实现特定频率的吸收结果。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

参见图1，本发明的单频段微波吸收器，包括一个环状的人工电磁材料1、金属背板3和安装在人工电磁材料1和金属背板3之间厚度可调的介质基板2。改变人工电磁材料1的周长及介质基板2的厚度可以调节微波吸收率以及吸收频段。

人工电磁材料1的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形，适用于不同极化。

参见图2，本实施例中，人工电磁材料1的形状为方形。

当电场沿着图2所示的方向激励时，入射电场中的电场分量在上层人工电磁材料1上激发偶极子电谐振，同时金属背板3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。这时通过调谐上层人工电磁材料1的周长以及介质基板2的厚度，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3的作用，微波呈现零透射。根据“吸收率＝1-反射率-透射率”，该单频段微波吸收器能达到完美的吸波效果。

参见图5，由于方形的人工电磁材料1具有旋转对称性，对两种极化的微波具有相似的理论和实验结果。

实施例2

本发明的多频段微波吸收器，包括多个环状的人工电磁材料1、金属背板3和安装在人工电磁材料1和金属背板3之间的介质基板2，多个人工电磁材料1相互嵌套且同心安装，具有结构紧凑等优点。通过改变人工电磁材料1的个数和通过调节人工电磁材料1内环与外环周长的比例，可以实现在设计频段内多频段的完美吸收。

人工电磁材料1的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形，适用于大入射角和不同极化。

多频段微波吸收器是在单频段微波吸收器的基础上，引入多个环形的人工电磁材料1作为单元结构，人工电磁材料1之间相互嵌套且同心，通过调节人工电磁材料1内环与外环周长的比例，使得其在多个频段上均有完美的吸波效果。此外，由于人工电磁材料1的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形，多频段微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。

参见图1和图3，本实施例中，人工电磁材料1的数目为两个，形状为方形。

参见图6，由于方形的人工电磁材料1具有旋转对称性，对两种极化的微波具有相似的理论和实验结果。

参见图8和图10，实验结果显示：双频段微波吸收器在4.06GHz和6.66GHz分布呈现99.6％和95.8％的吸收率；在入射角达到50度时依然保持83％以上的吸收率。

参见图12和图13，实验结果显示：吸收频率反比于方环周长，通过改变方环周长，可以灵活实现在特定频率的完美吸收，且在相邻环之间保持一定距离的情况下，吸收峰之间没有干扰。

实施例3

参见图1和图4，实施例2中，人工电磁材料1的数目为三个，形状为方形，其他内容与实施例2相同。

参见图7，由于方形的人工电磁材料1具有旋转对称性，对两种极化的微波具有相似的理论和实验结果。

参见图9和图11，实验结果显示：在4.06GHz、6.73GHz以及9.22GHz呈现99.1％、93％以及95％的吸收率；在入射角达到50度时依然保持90％以上的吸收率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.多频段微波吸收器，其特征在于，包括多个环状的人工电磁材料（1）、金属背板（3）和设置在金属背板（3）与人工电磁材料（1）之间的介质基板（2），所述人工电磁材料（1）相互嵌套且同心设置；所述人工电磁材料（1）的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形。

2.单频段微波吸收器，其特征在于，包括一个环状的人工电磁材料（1）、金属背板（3）和设置在金属背板（3）与人工电磁材料（1）之间厚度可调的介质基板（2）；所述人工电磁材料（1）的形状为沿水平方向及垂直方向均对称的多边形或圆形。

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