CN103249290B - 一种单层复合单元宽带周期吸波结构 - Google Patents

一种单层复合单元宽带周期吸波结构 Download PDF

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Abstract

单层复合单元宽带周期吸波结构，属于电子材料技术领域。本发明在金属平板上设置有印刷周期阵列电阻图案的介质层，所述介质层由泡沫层和设置在泡沫层上的周期性方环形电阻膜构成，所述周期阵列电阻膜由不同方阻的两种电阻膜构成。

Description

一种单层复合单元宽带周期吸波结构
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，特别涉及电磁波吸波结构。
背景技术
二次世界大战中，雷达作为先进的远距离探测工具的广泛使用，催生了雷达隐身技术的出现。而现代战争中电磁环境越来越复杂，雷达吸波材料作为提高武器装备隐身突防能力的有效手段，也愈发的受到各军事强国的重视。另外，随着手机、微波炉等以电磁波为媒介的技术产品在现实生活各领域的广泛使用，其附带的电磁辐射等电磁污染也对人类的生存健康构成了威胁。因此雷达吸波材料也在信息传输、微波辐射防护等民用领域有着广泛的应用。随着各种电磁设备工作频带的扩展，人们对宽带吸波材料的需求也越来越迫切。
宽带吸波材料中，多层电介质吸收材料有频带宽、重量轻、工艺简单和可批量化等特点而获得了生产商和使用者的青睐。目前常用的轻质宽带吸波结构有：Jaumann吸波体，非均匀吸波体，几何渐变吸波体，蜂窝结构等。然而这些吸波体有一个共同的缺点：虽然可通过增大厚度，增加谐振频点，达到谐振叠加宽带吸波的效果，但是其工作带宽受限于厚度，宽带吸波的结果是厚度很大，占用空间。因此，在不改变结构材料及降低结构厚度的前提下，如何拓宽雷达吸波体吸收频带成了当前电磁波吸收技术领域的一个亟待解决的问题。然而这些吸波体有一个共同的缺点：虽然可通过增大厚度，增加谐振频点，达到谐振叠加宽带吸波的效果，但是其工作带宽受限于厚度，宽带吸波的结果是厚度很大，占用空间。而单层吸结构很难实现宽频带吸波的效果。典型的Salisbury吸波屏，可以由泡沫表面加载电阻膜构成，其厚度为中心频率的四分之一波长。将其表面做成频率选择表面图案，则可以调节其工作频带。通常所用的图案有方形、十字形和方环等。但这些图案受限于本身特点，在低频段（厚度小于四分之一的频带）只有一个吸收峰，很难实现低频带的吸收效果。因此，在不改变材料及降低结构厚度的前提下，如何拓宽雷达吸波体吸收频带成了当前电磁波吸收技术领域的一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种单层复合单元宽带周期吸波结构，使构造的电磁波吸收体在保证宽频吸波的同时其厚度也相对较薄，特别是在3.5-14GHz具有较好的吸波性能。
本发明解决技术问题采用的技术方案是，单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于，在金属平板上设置有印刷周期阵列电阻图案的介质层，所述介质层由泡沫层和设置在泡沫层上的周期性方环形电阻膜构成，所述周期阵列方环电阻膜由不同方阻的两种电阻膜构成。方环形电阻膜为正方形，内设有一个正方形的孔，孔的边与方形电阻膜的边平行，并且孔的中心点和方形电阻膜的中心点重合。周期阵列方环电阻膜在x轴方向每两个方环电阻膜具有相同方阻，周期阵列方环电阻膜在y轴方向相邻电阻膜方阻相同。所述的泡沫层由相对介电常数和相对磁导率均约为1的聚氨酯泡沫或者聚苯乙烯泡沫构成。
本发明的有益效果是：在不改变厚度的前提下，通过调整方环图案的尺寸，实现结构吸波性能的可控调节，同时利用复合单元设计，不同的单元激发不同谐振点的特性，使各谐振点相互叠加，达到宽带吸波的效果。
附图说明
图1为本发明所述的单层复合单元宽带周期吸波结构结构示意图。
图2为本发明所述的单层复合单元宽带周期吸波结构的单元尺寸参数示意图。其中a为单元周期尺寸，d为结构厚度，l为方环边长，w为环宽的2倍，Rsq1和Rsq2分别为复合单元电阻膜两种不同的方阻。
图3为电阻膜为方环形且方阻相同的单层复合单元吸波结构的阻抗的表面反射率曲线。
图4为实施例1的TE与TM波入射的仿真结果示意图。
图5为实施例2的TE与TM波入射的仿真结果示意图。
图6为实施例3的TE与TM波入射的仿真结果示意图。
图7为实施例4的TE与TM波入射的仿真结果示意图。
具体实施方式
本发明的底层为金属平板，在金属平板上设置有泡沫层以及印刷在泡沫层上的周期阵列方环电阻膜。所述的泡沫层的对介电常数和相对磁导率均约为1。
在泡沫层上的周期阵列方环电阻为正方形，内设有一个正方形的孔，孔的边与方形电阻膜的边平行，并且孔的中心点和方形电阻膜的中心点重合。周期阵列方环电阻膜在x轴方向每两个方环电阻膜为一组，相邻的两组方环电阻膜方阻不同，周期阵列方环电阻膜在y轴方向相邻电阻膜方阻相同，如图1所示。
现在结合实施例来进行说明。
实施例1：
一种单层复合单元宽带周期吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：
a＝15,l＝14,w＝6.5～7.6,d＝7.5,Rsq1＝56Ω/□,Rsq2＝190Ω/□。
在垂直入射TE或者TM波的情况下，当w=7.3时具有如图所示的吸波性能。在3-15GHz的频段具有-5dB以下的反射系数，其中3.5-14GHz频段具有-10dB以下的反射系数。
实施例2：
一种单层复合单元宽带周期吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：
a＝15,l＝14,w＝7.3,d＝6.8～7.5,Rsq1＝56Ω/□,Rsq2＝190Ω/□。
在垂直入射TE或TM波的情况下，在3.5～16GHz整个频段具有-5dB以下的反射系数，其中4～14GHz具有-10dB以下的反射系数。
实施例3：
一种单层复合单元宽带周期吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：
a＝15,l＝14,w＝7.3,d＝7.5,Rsq1＝50～65Ω/□,Rsq2＝190Ω/□。
在垂直入射TE或TM波的情况下，在3～16.5GHz整个频段具有-5dB以下的反射系数，其中3.5～13.8GHz具有-10dB以下的反射系数。
实施例4：
一种单层复合单元宽带周期吸波结构，其具体尺寸参数为（单位mm）：
a＝15,l＝14,w＝7.3,d＝7.5,Rsq1＝56Ω/□,Rsq2＝160～300Ω□/。
在垂直入射TE或TM波的情况下，在3～16GHz整个频段具有-5dB以下的反射系数，其中3.8～13.9GHz具有-10dB以下的反射系数。
必要在此指出的是，上面的实施例只是用于进一步阐述本发明，以便于本领域的普通技术人员更好地理解本发明。本发明已通过文字揭露了其首选实施方案，但通过阅读这些技术文字说明可以领会其中的可优化性和可修改性，并在不偏离本发明的范围和精神上进行改进，但这样的改进应仍属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于，在金属平板上设置有印刷周期阵列电阻图案的介质层，所述介质层由泡沫层和设置在泡沫层上的周期性方环形电阻膜构成，所述周期阵列电阻膜由不同方阻的两种电阻膜构成,所述周期阵列方环形电阻膜，为非均匀周期性方环形电阻膜单元阵列，所述周期阵列方环形电阻膜在x轴方向上每4个方环单元为一个循环周期，在一个循环周期内，每两个方环形电阻膜具有相同的方阻值，在y轴方向上相邻的方环形电阻膜方阻值相同。
2.根据权利要求1所述的单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于，所述的周期性方环形电阻膜为正方形，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，并且孔的中心点和方形电阻膜的中心点重合。
3.根据权利要求1或2所述的单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于所述的周期性方环形电阻膜尺寸参数为：
a：15mm
d：6.8～7.5mm
l:14mm
w：6.5～7.6mm
Rsq1:50～56Ω/□
Rsq2:190～300Ω/□
其中，a为单元周期尺寸，d为结构厚度，l为方环边长，w为环宽的2倍，Rsq1和Rsq2分别为复合单元电阻膜两种不同的方阻。
4.根据权利要求3所述的单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于所述的周期性电阻膜在x轴方向每两个方环电阻膜为一组，相邻的两组方环电阻膜方阻不同，周期阵列方环电阻膜在y轴方向相邻电阻膜方阻相同。
5.根据权利要求1所述的单层复合单元宽带周期吸波结构，其特征在于所述的泡沫层为聚氨酯泡沫或者聚苯乙烯泡沫。
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