CN102769209A - 一种基于频率选择表面的宽频吸波材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于频率选择表面的宽频吸波材料，其包括相互紧贴的第一基材以及第二基材，所述第一基材外表面排布多个谐振单元，所述第二基材外表面贴附有反射层；所述谐振单元包括金属框以及位于金属框中心的金属块。本发明利用频率选择表面原理设计宽频吸波材料，通过设计具有特定形状和/或尺寸的谐振单元使得本发明宽频吸波材料在7.5GHz至18GHz均具有良好的吸波效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸波材料，尤其涉及一种基于频率选择表面的宽频吸波材料。
背景技术
随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的技术、各种产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。比如，无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞；移动电话可能会干扰各种精密电子医疗器械的工作；即使是普通的计算机，也会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和重现，造成国防、政治、经济、科技等方面情报的泄漏。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，其在包括军事以及其它方面也有广泛的应用，比如隐形机、隐形衣等。材料吸收电磁波的基本条件是：（1）电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部，即要求材料具有匹配特性；（2）进入材料内部的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即衰减特性。
现有的吸波材料利用各个材料自身对电磁波的吸收性能，通过设计不同材料的组分使得混合后的材料具备吸波特性，此类材料设计复杂且不具有大规模推广性，同时此类材料的机械性能受限于材料本身的机械性能，不能满足特殊场合的需求。
频率选择表面是指由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构。谐振单元的拓扑结构形状以及谐振单元所附着的基材的材料选取能决定频率选择表面对电磁波响应。为使得频率选择表面具有宽频吸波的性能，需要设计频率选择表面的谐振单元以及该谐振单元所附着的基材的材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有宽频吸波性能的基于频率选择表面的宽频吸波材料。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种基于频率选择表面的宽频吸波材料，其包括相互紧贴的第一基材以及第二基材，所述第一基材外表面排布多个谐振单元，所述第二基材外表面贴附有反射层；所述谐振单元包括金属框以及位于金属框中心的金属块。
进一步地，所述第一基材介电常数小于第二基材介电常数。
进一步地，所述第一基材为FR-4材料，所述第二基材为Rohacell材料。
进一步地，所述第一基材厚度为0.1至0.3毫米，所述第二基材厚度为4.5至4.8毫米。
进一步地，所述金属框为正方形金属框，所述正方形金属框边长为10至12毫米，线宽为0.25至0.3毫米；所述金属块为正方形金属块，所述正方形金属块边长为5.5至6.0毫米。
进一步地，所述谐振单元的电导率为345至350S/m。
进一步地，所述金属框与金属块的厚度为0.01至0.02毫米。
进一步地，所述反射层厚度等于所述金属框或金属块厚度。
进一步地，所述金属块与金属框采用铜、银、金或铝制成。
进一步地，所述反射层材料与所述金属框或金属块材料相同。
本发明利用频率选择表面原理设计宽频吸波材料，通过设计具有特定形状和/或尺寸的谐振单元使得本发明宽频吸波材料在7.5GHZ至18GHZ均具有良好的吸波效果。
附图说明
图1为本发明宽频吸波材料的立体结构示意图
图2为本发明宽频吸波材料中单个谐振单元的结构示意图；
图3为不具有谐振单元的材料的仿真测试结果图；
图4为本发明宽频吸波材料的仿真测试结果图。
具体实施方式
请参照图1，图1为本发明宽频吸波材料的立体结构示意图。图1中，宽频吸波材料包括相互紧贴的第一基材10和第二基材20，第一基材10外表面排布有多个谐振单元30，第二基材20外表面贴附有反射层（图中未示）。
为达到阻抗匹配效果，第一基材10的介电常数小于第二基材20的介电常数。优选地，第一基材10可选择FR-4材料，第二基材20可选择Rohacell材料。Rohacell材料是指赢创公司生产的聚甲基丙烯酸亚胺硬质泡沫材料。更优选地，第一基材10的厚度为0.1至0.3毫米，第二基材20的厚度为4.5至4.8毫米。
单个谐振单元30的结构示意图如图2所示。单个谐振单元30包括金属框300以及位于金属框中心的金属块301。当单个谐振单元30响应电磁波时，金属框300和金属块301可等效为LC谐振电路，调整金属框300的大小以及金属块301的尺寸即可调节LC谐振电路的谐振点，从而调整本发明吸波材料的吸波频宽。
优选地，金属框300为正方形金属框，其边长为10至12毫米，线宽为0.25至0.3毫米。金属块301为正方形金属块，其边长为5.5至6.0毫米。金属框300和金属块301厚度相等，均为0.01至0.02毫米，同时第二基材20外表面贴附的反射层的厚度亦与金属框300以及金属块301厚度相等。单个谐振单元30的电导率为345至350S/m。整个宽频吸波材料的厚度仅为约5毫米，厚度薄、质量轻、应用范围广。金属框300与金属块301可采用铜、银、金、铝或其他导电金属制成，反射层的材质可与金属框或金属块相同也可不同，只要能达到反射电磁波性能即可。
将本发明具有谐振单元的宽频吸波材料与不具有谐振单元的材料对比测试。图3为不具有谐振单元的材料的测试结果图。不具有谐振单元的材料与具有谐振单元的材料的差别点仅在于是否具有谐振单元。图4为本发明宽频吸波材料的测试结果图。从图3与图4的对比可以看出，加入谐振单元后，吸波性能得到很大提升，并且本发明的谐振单元还具有宽频吸波的效果。在7.5GHZ至18GHZ，电磁波的衰减度均达到10dB以上，在12GHZ附近，本发明宽频吸波材料对电磁波的衰减度能达到32dB。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种基于频率选择表面的宽频吸波材料，其特征在于：包括相互紧贴的第一基材以及第二基材，所述第一基材外表面排布多个谐振单元，所述第二基材外表面贴附有反射层；所述谐振单元包括金属框以及位于金属框中心的金属块。
2.如权利要求1所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述第一基材介电常数小于第二基材介电常数。
3.如权利要求2所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述第一基材为FR-4材料，所述第二基材为Rohacell材料。
4.如权利要求2或3所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述第一基材厚度为0.1至0.3毫米，所述第二基材厚度为4.5至4.8毫米。
5.如权利要求1或2所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述金属框为正方形金属框，所述正方形金属框边长为10至12毫米，线宽为0.25至0.3毫米；所述金属块为正方形金属块，所述正方形金属块边长为5.5至6.0毫米。
6.如权利要求5所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述谐振单元的电导率为345至350S/m。
7.如权利要求5所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述金属框与金属块的厚度为0.01至0.02毫米。
8.如权利要求7所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述反射层厚度等于所述金属框或金属块厚度。
9.如权利要求1所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述金属块与金属框采用铜、银、金或铝制成。
10.如权利要求1所述的宽频吸波材料，其特征在于：所述反射层材料与所述金属框或金属块材料相同。
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