CN102724856A - 多层电磁波吸波结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
多层电磁波吸波结构及制备方法，属于电子材料技术领域。本发明在金属底板上设置有至少两层吸波结构层，所述吸波结构层包括多个相同的吸波单元，每个吸波单元由泡沫层和设置于泡沫材料上的方形电阻膜构成。泡沫层为轻质聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。本发明工艺简单、可操作性强，成本较低；所用材料主要为泡沫，因此密度极小。
Description
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，特别涉及电磁吸波结构及其设计方法。
背景技术
自二战以来，雷达吸波材料已经成为各个国家的研究重点。特别是由于隐身技术的发展，雷达吸波材料作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，首先在军事方面得到重视。目前，已有很多电子设备渗透到现实生活中的各个领域。这些电子设备辐射电磁波到环境中，造成严重的污染，例如，电磁干涉电磁兼容以及一系列危害生物的电磁波污染。因此，雷达吸波材料也在信息传播、电子器件、微波辐射防护等民用方面得到广泛的运用。随着电子设备工作频带的增加，人们对宽频吸波材料的需求也越来越迫切。
宽频吸波材料中，多层电介质吸收材料有频带宽、重量轻、便于施工和批量生产等特点，而获得了研究者和使用者的亲睐。目前常用的轻质宽频吸波体有：Jaumann吸波体，非均匀吸波体，几何渐变吸波体，蜂窝结构等。但是这些吸波体有一个共同的缺点，即它们的工作频带受限于厚度。因此，这些吸波体的厚度通常特别厚，而且低频段吸波效果不佳。为了克服这些缺点，研究者引入了多层电路模拟吸波体。多层电路模拟吸波体的吸波特性主要取决于吸波体中的周期性图案。这样，图案的引入，同时也引入了大量设计吸波体时必须考虑的变量，例如，图案的选择，周期的分布，及单元的具体参数。优化多层电路模拟吸波体的图案形状、周期分布及单元具体参数，以成为得到超宽频、超薄吸波结构必须解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种多层电磁吸波结构及其制备方法，使构造的电磁吸波结构具有吸收频带宽但厚度相对较薄的特点，特别是在2.5-8GHz具有较好的吸波性能。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，多层电磁波吸波结构，其特征在于，在金属底板上设置有至少两层吸波结构层，所述吸波结构层包括多个相同的吸波单元，每个吸波单元由泡沫层和设置于泡沫材料上的方形电阻膜构成。泡沫层为轻质聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
所述方形电阻膜和泡沫材料皆为正方形，方形电阻膜内设有一个正方形的孔，孔的边与方形电阻膜的边平行，并且孔的中心点、电阻膜的中心点和泡沫材料的中心点重合。
本发明还提供前述多层电磁波吸波结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）采用丝网印刷的方式，在一定厚度的轻质泡沫材料表层刷上碳黑浆料，在其表面形成周期性方形电阻膜，轻质泡沫与周期性电阻膜形成一层吸波结构，
2）将各层的组合结构堆叠起成多层组合结构，并该多层结构设置于金属平板上。
本发明的有益效果是，工艺简单、可操作性强，成本较低；所用材料主要为泡沫，因此密度极小；通过多层叠加，可形成极宽频带的电磁波吸收；在不改变厚度前提下，通过调整方形图案尺寸，可以调控吸波性能；通过调整图案，在低频具有较好吸波性能。
附图说明
图1是轻质泡沫与方形电阻膜形成的的一层吸波结构示意图。
图2是具有6层吸波结构层的实施例。
图3是单层吸波结构的单元尺寸参数示意图。其中n代表第n层组合结构，最靠近金属平板的为第1层，次靠近金属平板的为第2层，以此排序。an为第n层单元尺寸，ln为第n层的方形电阻膜外边长，wn为第n层的方形电阻膜内边长，dn为第n层组合结构的厚度，rn为第n层的方形电阻膜方阻。
图4是4层吸波结构的实施例的反射率曲线图。
具体实施方式
参见图1~图4。
本发明的底层为金属平板，底层以上为轻质泡沫+周期性方形电阻图案的多层组合，其中轻质泡沫的介电常数及磁导率约为1。
在金属底板上设置有至少两层吸波结构层，所述吸波结构层包括多个相同的吸波单元，每个吸波单元由泡沫材料2和设置于泡沫材料上的方形电阻膜1构成。所述方形电阻膜和泡沫材料皆为正方形，方形电阻膜内设有一个正方形的孔，并且孔的中心点、电阻膜的中心点和泡沫材料的中心点重合。
本发明提供的多层电磁波吸波结构的制备方法为：采用丝网印刷的方法，在一定厚度的轻质泡沫材料表层刷上碳黑浆料，在其表面形成周期性方形电阻膜。这样，轻质泡沫与周期性电阻膜形成一层组合结构，如图1所示。所示。将一层一层的组合结构堆叠起成多层组合结构，并该多层结构放置于金属平板3上，形成轻质宽频吸波结构，如图2所示（图中为6层组合结构）。图3表示每层组合结构的单元尺寸参数。
实施例1：
一种4层轻质宽频方形图案吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：a1=15.7，l1=15，w1=5.2，d1=5，r1=50Ω/□；a2=15.7，l2=11.1，w2=8.1，d2=5，r2=70Ω/□；a3=15.7，l3=15，w3=13.6，d3=5，r3=50Ω/□；a4=14.3，l4=15，w4=12.6，d4=5，r4=70Ω/□。
在垂直入射TE或TM波情况下，本实施例具有如图4所示的吸波性能。在2-18GHz整个频段具有-10dB以下的反射系数，其中2.3-18GHz频段具有-13dB以下的反射系数，2.5-15GHz段频段具有约-15dB以下的反射系数。
实施例2：
一种2层轻质宽频方形图案吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：a1=17，l1=16.5，w1=8.5，d1=5，r1=75Ω/□；a2=17，l2=16.5，w2=6.5，d2=5，r2=110Ω/□。
在垂直入射TE或TM波情况下，本实施例在2-18GHz整个频段具有-7.5dB以下的反射系数，其中2.3-9.6GHz及11-17.6GHz频段具有-10dB以下的反射系数。
实施例3：
一种6层轻质宽频方形图案吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：a1=12.3，l1=11.3，w1=6.8，d1=5，r1=71Ω/□；a2=12.3，l2=12.3，w2=6.6，d2=5，r2=230Ω/□；a3=12.3，l3=11.3，w3=7.6，d3=5，r3=230Ω/□；a4=12.3，l4=10，w4=7，d4=5，r4=230Ω/□；a5=12.3，l5=10，w5=6.1，d5=5，r5=600Ω/□；a6=12.3，l6=10，w6=7.3，d6=5，r6=800Ω/□。
在垂直入射TE或TM波情况下，本实施例在2-18GHz整个频段具有-20dB以下的反射系数。
Claims (6)
1.多层电磁波吸波结构，其特征在于，在金属底板上设置有至少两层吸波结构层，所述吸波结构层包括多个相同的吸波单元，每个吸波单元由泡沫层和设置于泡沫材料上的方形电阻膜（1）构成，所述方形电阻膜（1）和泡沫材料皆为正方形，方形电阻膜（1）内设有一个正方形的孔，孔的边与方形电阻膜（1）的边平行，并且孔的中心点、电阻膜的中心点和泡沫材料的中心点重合。
2.如权利要求1所述的多层电磁波吸波结构，其特征在于，所述泡沫层为轻质聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
3.如权利要求1所述的多层电磁波吸波结构，其特征在于，金属底板上设置有四层吸波结构层，除方阻的单位外，其他以毫米为单位，尺寸参数为：
a1=15.7，l1=15，w1=5.2，d1=5，r1=50Ω/□；
a2=15.7，l2=11.1，w2=8.1，d2=5，r2=70Ω/□；
a3=15.7，l3=15，w3=13.6，d3=5，r3=50Ω/□；
a4=14.3，l4=15，w4=12.6，d4=5，r4=70Ω/□；
其中，a1为自金属底板起，第一层吸波结构层中的吸波单元的边长，l1为方形电阻膜的边长，w1为孔的边长，d1为泡沫的厚度，r1为电阻膜的方阻；
同理，a2、l2、w2、d2、r2分别为第二层吸波结构层中的参数；
a3、l3、w3、d3、r3分别为第三层吸波结构层中的参数；
a4、l4、w4、d4、r4分别为第四层吸波结构层中的参数。
4.如权利要求1所述的多层电磁波吸波结构，其特征在于，金属底板上设置有两层吸波结构层，除方阻的单位外，其他以毫米为单位，尺寸参数为：
a1=17，l1=16.5，w1=8.5，d1=5，r1=75Ω/□；
a2=17，l2=16.5，w2=6.5，d2=5，r2=110Ω/□；
其中，a1为自金属底板起，第一层吸波结构层中的吸波单元的边长，l1为方形电阻膜的边长，w1为孔的边长，d1为泡沫的厚度，r1为电阻膜的方阻；
同理，a2、l2、w2、d2、r2分别为第二层吸波结构层中的参数。
5.如权利要求1所述的多层电磁波吸波结构，其特征在于，金属底板上设置有六层吸波结构层，除方阻的单位外，其他以毫米为单位，尺寸参数为：
a1=12.3，l1=11.3，w1=6.8，d1=5，r1=71Ω/□；
a2=12.3，l2=12.3，w2=6.6，d2=5，r2=230Ω/□；
a3=12.3，l3=11.3，w3=7.6，d3=5，r3=230Ω/□；
a4=12.3，l4=10，w4=7，d4=5，r4=230Ω/□；
a5=12.3，l5=10，w5=6.1，d5=5，r5=600Ω/□；
a6=12.3，l6=10，w6=7.3，d6=5，r6=800Ω/□。
6.如权利要求1所述的多层电磁波吸波结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1）采用丝网印刷的方式，在一定厚度的轻质泡沫材料表层刷上碳黑浆料，在其表面形成周期性方形电阻膜，轻质泡沫与周期性电阻膜形成一层吸波结构，
2）将各层的组合结构堆叠起成多层组合结构，并该多层结构设置于金属平板上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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