CN103547134A - 电磁波吸收体 - Google Patents

Abstract

一种电磁波吸收体，该电磁波吸收体包括矩形板状部，所述矩形板状部具有一表面，所述表面包括在所述板状部中央处的平坦空间和围绕所述平坦空间的多个长方形空间，在每个长方形空间上设置有至少一个具有长方形底面的棱锥形或楔形部，并且沿着所述板状部的周边内侧布置所述板状部的表面的所述多个长方形空间，使得所述多个长方形空间中的任一个的长边与所述多个长方形空间中与其相邻的另一个长方形空间的短边邻接，同时在所述板状部的中央处留出所述平坦空间。

Description

电磁波吸收体

发明领域

本发明涉及电磁波吸收体，更具体来说涉及一种对倾斜入射角和法向入射角都具有优异吸收性能的小尺寸电磁波吸收体。

背景技术

先进信息社会的最新发展，已带来了下述问题：即从各种类型的通讯设备和电子设备发出的弱电磁辐射，在电视机和收音机、通讯设备、医疗设备、轮船、飞机等中使用的仪器和其他元件中引起故障（电磁干扰（EMI）），并且存在着建立电磁辐射发射的国际法规的需求。因此，已经要求产生能够引起EMI的噪音的各种类型的通讯设备、个人计算机等的制造商准确测量来自于其电子元件的噪音，以便对EMI采取措施。也就是说，对使用高性能仪器准确测量来自于电子元件等的非常弱的电磁辐射以及防止有害电磁辐射发射的措施，是有需求的。在这里遇到的问题是测量电磁辐射的环境。为了准确测量非常弱的电磁辐射，需要不受任何诸如噪音的外来干扰的高性能电波暗室。

常用于电波暗室的电磁辐射吸收体（在后文中称为波吸收体或简称为吸收体）是一体模制的结构，如图1A和1B中所示，其具有板状部1和多边棱锥形或楔形部2。这些波吸收体是通过电磁波吸收材料的膨胀模制来制造的介电损耗结构，所述电磁波吸收材料包含诸如聚氨酯、聚苯乙烯或聚丙烯的合成树脂和诸如碳的导电材料。已知由铁氧体瓦和置于铁氧体瓦上的介电损耗类型的波吸收体构成的杂合波吸收体，即使在介电损耗结构的高度减小的情况下也表现出良好的辐射吸收特性，这是由于100MHz或以上的高频范围内的电磁波被介电结构所吸收，而低频范围内的电磁波被铁氧体瓦、即磁吸收体所吸收。使用这种杂合的波吸收体，提供了较小尺寸的电波暗室。

对于多边棱锥形波吸收体已做出大量提议。例如，JP2000-188513A公开了由铁氧体瓦和具有楔形或棱锥形状的上部吸收体构成的波吸收体，上部吸收体是包含在1MHz或更高频率下具有4.9或以下的相对电容率的通用型树脂以及分散在树脂中的铁氧体粉的模制部。波吸收体被描述为在上部吸收体的高度等于常规波吸收体的高度的情况下能够吸收更高频率的波。JP2000-188513A还公开了具有4个棱锥形部的板，所述棱锥形部的底面一体地彼此连接，所述板在中央处及其四条侧边的每条边上具有用于螺丝固定的部分（例如通孔），使得所述吸收体可以被牢固地固定，以容易地构造电波暗室。

JP2000-188513A的结构对于法向入射的电磁辐射具有优异的吸收特性。然而，在实际电磁辐射测量中，电磁波以一定角度入射在电波暗室的顶棚和侧壁上。例如，在10m的电波暗室中入射角约为40°。为了满足对较小尺寸的高性能电波暗室的最新要求，需要对倾斜入射以及法向入射都具有吸收性能的波吸收体。在JP2000-188513A中描述的吸收体的棱锥形状的所有面具有相同的倾斜角，其设计的重点放在法向入射上，对倾斜入射特性没有给予过多考虑。

如图1A和1B中所示，为了提供JP2000-188513A的具有用于螺丝固定的通孔的结构，相邻的棱锥形部2必须以预定间隔布置在板状部1上，并且应该在板的中央处设置平坦部分。这样的波吸收体布置方式涉及到由于这些平坦部分上的反射造成的吸收性能下降，并且吸收性能的下降应该通过例如增加棱锥形部2的高度来补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种对倾斜入射和法向入射都具有优异吸收特性，并适用于设计小尺寸且高性能电波暗室的电磁波吸收体。

作为深入调查的结果，本发明人基于他们的下述发现实现了本发明：通过如下所述的构造，获得了尽管小但仍不仅表现出优异的法向入射特性而且表现出改善的倾斜入射特性的波吸收体：

一种电磁波吸收体，该电磁波吸收体包括矩形板状部，所述矩形板状部具有表面，所述表面包含在板状部中央处的平坦空间以及围绕所述平坦空间的多个长方形空间，在每个长方形空间上设置有至少一个具有长方形底面的棱锥形或楔形部，

其中，沿着所述板状部的周边内侧布置所述板状部的表面的多个长方形空间，使得所述多个长方形空间中的任一个的长边与所述多个长方形空间中与其相邻的另一个长方形空间的短边邻接，同时在板状部的中央处留出所述平坦空间。

在每个长方形空间上设置两个或以上各自具有长方形底面的棱锥形或楔形部的情况下，优选地，两个或以上棱锥形或楔形部以在其之间没有平坦部分的方式，沿着其底面的边彼此接触。

在本发明的优选实施例中，通过在矩形板状部上，沿着板状部的周边内侧，以在板状部的中央处留出平坦空间的同时一个棱锥形或楔形部的矩形底面的长边与相邻的棱锥形或楔形部的矩形底面的短边邻接的方式，布置多个（例如4个）长方形棱锥形或楔形部，而获得尽管小但仍不仅表现出优异的法向入射特性而且表现出改善的倾斜入射特性的波吸收体。因此，本发明的优选实施例提供了一种波吸收体，该波吸收体包括矩形板状部和多个（例如4个）长方形棱锥形或楔形部，其中，沿着板状部的周边内侧，以在板状部的中央处留出平坦空间的同时一个棱锥形或楔形部的长方形底面的长边与相邻的棱锥形或楔形部的长方形底面的短边邻接的方式，布置所述多个长方形棱锥形或楔形部。

本发明的波吸收体具有下述几何形状：以在板状部的中央处留出平坦空间的同时一个长方形空间的长边（在优选实施例的情况下为一个棱锥形或楔形部的长方形底面的长边）与相邻的长方形空间的短边（在优选实施例的情况下为相邻的棱锥形或楔形部的长方形底面的短边）邻接的方式，布置多个长方形空间（在优选实施例的情况下为多个长方形棱锥形或楔形部）。由于长方形空间（在优选实施例的情况下为棱锥形或楔形部）以其之间没有可以反射电磁波的平坦部分的方式彼此接触，因此即使尺寸减小，波吸收体也获得优异的波吸收性能。因为中央平坦空间可以用作固定紧固件等的部分，所以使用这种几何形状维持了构造电波暗室的容易性。由于每个矩形棱锥形或楔形部的面的倾斜角在相邻面之间不同，因此吸收体对电磁波的倾斜入射表现出改善的吸收性能。

附图说明

图1A和1B示出了现有波吸收体的形状，其中图1A是顶视图，图1B是透视图。

图2A和2B示出了根据本发明的波吸收体的一个实施例，其中图2A是顶视图，图2B是透视图。

图3A和3B示出了根据本发明的波吸收体的另一个实施例，其中在矩形板状部的表面的每个长方形空间上设置各自具有长方形底面的两个楔形部，其中图3A是顶视图，图3B是透视图。

附图标记说明

1：板状部

2：棱锥形部

4：平坦部分

5：矩形棱锥形（楔形）部

具体实施方式

在图2A和2B中示出本发明的波吸收体的实施例，其中，沿着板状部1的周边内侧，以在板状部1的中央处留出平坦空间4的同时一个棱锥形部5的长方形底面的长边与相邻的棱锥形部5的长方形底面的短边邻接的方式，在板状部1上布置具有长方形棱锥形状（或具有长方形底面的楔形）的四个模制部5。根据这种构造，由于在确保用于固定锚定紧固件的平坦空间4的同时，使相邻的棱锥形部5之间的平坦空间最小化，因此将电磁波在平坦空间上的反射降至最低，从而改进了波吸收性能。此外，由于围绕平坦空间4的面的倾斜角在相邻面之间不同，因此也提高了对电磁辐射的倾斜入射的吸收性能。尽管对矩形棱锥形状的几何构造没有特别限制，但矩形底面的长短比（长边与短边之比）在1.02至1.5的范围内是优选的。在这一范围内的长短比确保了倾斜入射和法向入射特性的改进。在长短比小于1.02时，构造电波暗室的容易性可能降低，并且可能无法获得足够的倾斜入射特性。当长短比超过1.5时，中央平坦空间4可能引起波反射问题。理想情况下，能够用于本发明的紧固件由低反射材料制成。

在图3A和3B中示出本发明的波吸收体的另一个实施例。在该实施例中，将在图2A和2B中示出的长方形棱锥形部的每一个，都以在板状部1上布置8个楔形部的方式，纵向分成两个部分，所述楔形部的底面具有增加的长短比。按照这种构造，与图2A和2B的构造相比，每单位空间体积的吸收体的体积比增加，并且结果，在从1GHz至10吉赫兹左右的相对低频率范围内的波吸收特性得到改进。此外，由于构成吸收体的楔形部的布置比图2A和2B中更密集，因此对短波长（20GHz或以上的频率）的电磁波的吸收性能得到改进。

根据本发明的波吸收体构造成多个、基本上为4个具有长方形底面的长方形棱锥形（或楔形）部5布置在板状部1上，同时在板状部1的中心中留出平坦的正方形空间4。分割单位矩形棱锥的方式不限于图3A和3B中所示的方式，只要单位矩形棱锥的底面的长短比落于上述范围之内即可。也就是说，单位矩形棱锥可以被分成两个以上的矩形棱锥，并且可以沿着底面的纵向方向或与纵向方向垂直的方向分割。

尽管对本发明的波吸收体的高度没有特别限制，但本发明优选应用于高度为200mm或以下的小尺寸波吸收体。

在本发明中使用的长方形棱锥形部可以由任何已知的电磁波吸收材料模制。本发明适用于由介电损耗材料和磁损耗材料中的任一种制造的波吸收体。波吸收体可以是由磁吸收材料例如铁氧体瓦制成的板状部和由介电损耗材料制成的长方形棱锥形部构成的杂合类型，或者板状部和矩形棱锥形部可以由相同材料制成。

有用的介电损耗材料的实例包括：树脂类材料，例如含碳发泡聚氨酯、含碳发泡聚苯乙烯和含碳发泡聚丙烯；以及其中分散有碳的无机材料（例如水泥、氧化铝、氧化锆和氧化硅）。这些材料可以模制成实心或空心形状。或者，可以通过组装由各自含有碳或镀有碳层的树脂材料、无机材料（例如氧化铝、氧化锆或氧化硅）、纸等材料制成的板状模制零件，以形成空心的长方形棱锥。碳材料的实例包括石墨、炭黑和碳纳米管。

常用的磁损耗材料的实例包括含有铁氧体粉的树脂和含有铁氧体粉的无机材料，其被模制成实心或空心形状。可以通过组装由各自含有铁氧体粉或镀有铁氧体层的树脂材料，无机材料例如氧化铝、氧化锆、氧化硅，纸等的材料制成的板状模制零件，以形成空心的长方形棱锥。铁氧体粉的实例包括尖晶石铁氧体例如Ni-Zn铁氧体、Li-Zn铁氧体和Mn-Zn铁氧体。

所述的优选电磁波吸收材料是主要含有水泥和碳纳米管的材料。当使用这种材料时，波吸收体通常通过下列步骤来生产：将碳纳米管与分散介质例如水混合到水泥原材料中，然后搅拌以制备浆液，将得到的水泥浆液倒入到模具中，根据水泥的凝固条件在受控的温度和湿度下将水泥在规定的时间凝固以使水泥硬化，并将硬化料团从模具中取出。由于省略了陶瓷材料所需的烧结步骤，因此不涉及与烧结相关的问题，例如由于收缩造成的尺寸变化和碳纳米管的燃烧，并且获得了不可燃烧和功率持久的波吸收体。此外，基于通过水泥基质的空隙中的水中存在的离子的离子性导电和利用波吸收性碳纳米管形成的导电通路，由这种材料制成的波吸收体即使在使用较少量碳时也表现出优异的导电特性。在由这种材料制成的吸收体中，存在着彼此电绝缘并各自由多个碳纳米管形成的导电通路，从而提供了基于电阻损耗和介电损耗而表现出优异介电特性的电阻器/电容器（电容）混合结构。因此，在介电特性占主导地位的从几至几十吉赫兹的频率范围内和导电特性占主导地位的从几十至几百吉赫兹的频率范围内，即使具有小尺寸，吸收体也获得优异的辐射吸收特性。

实施例

现在将参考实施例对本发明进行更详细说明，应该理解，下面的描述是示例性的而不是限制本发明的范围。

实施例1

向100份（以重量计，后文中相同）波特兰水泥加入30份水和2.0份（相对于获得的波吸收体的总重量为2.0重量%）的长度为5μm的碳纳米管，然后与分散剂一起捏合以制备浆液。将浆液浇在模具中并在室温下硬化，以得到具有图2A和2B中示出的形状的模制块（波吸收体），在该模制快中，在平板的中央处留出尺寸为5mm乘以5mm的平坦空间的同时，在尺寸为100mm×100mm×15mm（厚度）的平板上，以一个棱锥的矩形底面的长边与相邻棱锥的矩形底面的短边邻接的方式，布置底面尺寸各自为52.5mm乘以47.5mm并且高度为180mm的四个矩形棱锥。以这种方式制造总共36个波吸收体，并排列在延伸600mm乘以600mm的网格中。通过下文中描述的方法来评价吸收体阵列对法向入射和倾斜入射的电磁波吸收性能。在表1中示出获得的结果。

比较例1

除了棱锥的几何形状和布置方式之外，使用与实施例1中相同的材料和相同的方法来制造波吸收体。也就是说，将底面的每个边长为45mm并且高度为180mm的四个正方棱锥放置成从平板（100mm×100mm×15mm（厚度））的4条边向内2.5mm，同时在相邻棱锥之间具有5mm的间隙（平坦空间）。以这种方式制造总共36个波吸收体，并排列在延伸600mm乘以600mm的网格中。通过与实施例1中所使用的相同的方法来评价吸收体阵列对法向入射的电磁波吸收性能。在表1中示出结果。

比较例2

除了以其间没有间隔的方式在平板上放置底面每个边长为50mm并且高度为180mm的四个正方棱锥之外，使用与比较例1中相同的材料和相同的方法来制造波吸收体。以这种方式制造总共36个波吸收体，并排列在延伸600mm乘以600mm的网格中。通过与实施例1中所使用的相同的方法来评价吸收体阵列对倾斜入射的电磁波吸收性能。在表1中示出结果。

电磁波吸收特性的评价：

在法向入射（入射角=0°）的电磁波吸收特定的评价中，通过电介质透镜将从喇叭天线发射的电磁辐射校准为平面波，以便垂直地导向吸收体。在倾斜入射角的吸收特性的评价中，以与用于法向入射特性的评价相同的方式，通过电介质透镜将从喇叭天线发射的电磁辐射校准成平面波，并将平面波以5°、30°和45°的入射角导向吸收体。测量频率范围为1至110GHz。

从表1可以看出，实施例1的波吸收体在1至110GHz的整个测量频率范围内、特别是在高频范围内，对法向入射（入射角=0°）表现出优异的辐射吸收特性。相反，具有布置成在其间具有间隙的棱锥形部的比较例1的吸收体，被证实在整个测量频率范围内，在辐射吸收特性方面不如实施例1的吸收体，并且特别是在5GHz或以下的频率范围内无法获得足够的吸收特性。这被认为是归因于电磁波在棱锥形部之间的平坦部分（间隙）上的反射。

实施例1的吸收体还被证明在每个测量频率下以每种入射角度，在电磁辐射吸收性能方面都优于具有以其间没有间隔的方式布置在平板上的棱锥形部的比较例2的吸收体。

这些结果证实，本发明提供了一种在维持电波暗室构建的容易性同时，在法向入射和倾斜入射特性方面优异的小尺寸电磁波吸收体。

表1

Claims (4)

1.一种电磁波吸收体，该电磁波吸收体包括矩形板状部，所述矩形板状部具有一表面，所述表面包括在所述板状部中央处的平坦空间和围绕所述平坦空间的多个长方形空间，在每个所述长方形空间上设置有至少一个具有长方形底面的棱锥形或楔形部，

其中，沿着所述板状部的周边内侧布置所述板状部的所述表面的所述多个长方形空间，使得所述多个长方形空间中的任一个的长边与所述多个长方形空间中与其相邻的另一个长方形空间的短边邻接，同时在所述板状部的中央处留出所述平坦空间。

2.根据权利要求1所述的电磁波吸收体，在所述矩形板状部上包括多个各自具有长方形底面的棱锥形或楔形部，其中，以在所述板状部的中央处留出所述平坦空间的同时所述棱锥形或楔形部中的任一个的长方形底面的长边与所述棱锥形或楔形部中与其相邻的另一个棱锥形或楔形部的长方形底面的短边相邻接的方式，沿着所述板状部的周边内侧布置所述多个棱锥形或楔形部。

3.根据权利要求1所述的电磁波吸收体，其中，所述多个长方形空间的每一个的长边长度与短边长度之比是1.02至1.5。

4.根据权利要求2所述的电磁波吸收体，其中，所述多个棱锥形或楔形部的每一个的所述长方形底面的长边长度与短边长度之比是1.02至1.5。

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