CN103700951B - 复合介质双层fss结构srr金属层超轻薄吸波材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，属于吸波材料技术领域。解决了现有的电路模拟吸波结构存在的吸波带宽窄、相对厚度厚的技术问题。本发明的吸波材料从上至下依次包括第一频率选择表面电阻层、第一介质层、第二频率选择表面电阻层、第二介质层和金属反射层，第一频率选择表面电阻层由周期排列的碳膜贴片单元组成，第二频率选择表面电阻层由碳膜上周期排列的开孔单元组成，金属反射层由金属覆盖层上周期排列的开孔单元组成，金属覆盖层上的开孔单元为谐振环结构。本发明的吸波材料在7.5GHz-22GHz范围内具有-10dB以下的反射系数，在整个吸波频带内具有5个低于-18dB的反射系数峰值。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料。
背景技术
雷达吸波材料是一种多功能复合材料，具有针对性强、吸波性能好、质量轻、力学性能满足承载要求等优点，已成为当代隐身材料重要的发展方向。其中，电路模拟吸波材料具有耐高温、质量轻、耐湿热、抗腐蚀等特点，是一种被广泛使用的谐振型雷达吸波材料。
电路模拟吸波材料的结构从上至下依次为频率选择表面(FSS)、介质层和金属底板，其中FSS是各种形状的贴片单元或开孔单元周期排列而成，对入射电磁波感应生成等效电容、电感和电阻。通过调整FSS的几何形状、尺寸、方阻等，可以改变结构体的等效电容、电感和电阻，进而调整结构整体的谐振吸收，有效满足不同应用的吸波性能要求。
现有技术中，基于频率选择表面的吸波材料，频率选择表面贴片单元有蝶形、方环形、Y型等，但是这些吸波材料，为实现吸波性能，介质层厚度较厚，吸波材料吸波带宽窄，一定程度的限制了应用。
发明内容
本发明的目的是解决现有的电路模拟吸波结构存在的吸波带宽窄、相对厚度厚等问题，提供一种复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料。
本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，从上至下依次包括第一频率选择表面电阻层、第一介质层、第二频率选择表面电阻层、第二介质层和金属反射层；所述第一频率选择表面电阻层由周期排列的碳膜贴片单元组成，所述碳膜贴片单元由一个十字形贴片、四个相同的正方形贴片和四个相同的L形贴片组成，四个正方形贴片和四个L形贴片相对于十字形贴片的中心点对称分布，正方形贴片有两条相邻的直角边与对应的十字形贴片的两条相邻的直角边分别相邻且等间距，正方形贴片的另外两条相邻的直角边与L形贴片的两条内直角边分别相邻且等间距；所述第一介质层的介电常数为1.05，厚度为2mm；所述第二频率选择表面电阻层由碳膜上周期排列的开孔单元组成，所述开孔单元为多个具有相同中心点的正方环按照边长从小到大，由内到外依次排列；所述第二介质层的介电常数为4.4，厚度为1mm；所述金属反射层由金属覆盖层上周期排列的开孔单元组成，所述开孔单元为开口谐振环结构。
进一步的，所述第一频率选择表面电阻层的方阻为20Ω。
进一步的，所述第一介质层的材料为泡沫材料。
进一步的，所述第二频率选择表面电阻层的方阻为300Ω。
进一步的，所述第二介质层的材料为FR-4。
进一步的，所述金属反射层的厚度为15μm。
进一步的，所述金属反射层上的开孔单元由两组轴对称的半方环组成，两组半方环的结构由多个具有相同中心点的正方环按照边长从小到大，由内到外依次排列后，沿对称边的中心线切开后形成。
进一步的，所述L形贴片的L形的两条边的边长相等，且与正方形贴片的边长相配合。
进一步的，所述相邻的两个正方环之间的间距相等。
进一步的，所述金属覆盖层为金属覆铜层。
本发明的工作原理：本发明的吸波材料中SRR金属层的加入实现了吸波材料对不同频段电磁波的谐振，使得吸波材料在吸波带宽内部出现了多个连续吸波峰值，双层不同电阻值FSS层的加入首先在吸波复合材料中引起入射电磁波与反射电磁波的干涉，起到反射屏的作用，其次由于电阻层的周期结构特性，无论入射的电磁波呈现什么样的极化方式，对整个吸波结构的作用都相当于施加电压激励，能在双层FSS电阻层上引起谐振电流，当形成自适应极化条件时，在损耗介质中会产生耗散电流，耗散电流在吸波材料中逐渐衰减而产生电磁能的损耗，因此，FSS结构电阻层能使外场的电磁波能量感应成耗散电流能量，而吸波复合材料中的损耗介质则使电流能量转化为热能，增加吸波复合材料的吸波性能；而且双层不同介电常数介质结构的引入，可以使吸波结构更好地与自由空间波阻抗进行匹配，从而最大程度地减少反射波，提高吸波性能；同时双层FSS结构电阻层的加入能够增大吸波复合材料的表面输入阻抗模，从而提高吸波复合材料的吸波性能。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料采用的双层匹配FSS电阻层，结构简单，便于加工制作；
(2)本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料由于采用双层低介电常数介质层，在保证高吸波性能的前提下，最大限度的降低了吸波材料的整体重量；
(3)本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料具有超宽吸波带宽，在7.5GHz-22GHz范围内具有-10dB以下的反射系数，在7.5GHz-22GHz带宽范围内均可实现高吸波效率；
(4)本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料采用SRR结构金属层作为反射面，使得在整个吸波频带内具有5个低于-18dB的反射系数峰值，这样复合吸波材料在以上5个频点附近具有更加良好的吸波效果；
(5)本发明的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料整体厚度接近等于双层介质层厚度，约等于3mm，在同类吸波材料中具有低厚度的良好性能；
(6)本发明基于频率选择表面的超轻薄宽带吸波材料应用于雷达隐身，能够降低雷达散射截面，也可以作为电磁波屏蔽层，有效地降低环境中日益增加的电磁干扰及有害辐射，保障信息安全。
附图说明
图1为本发明复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料的结构示意图；
图2为本发明复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料的第一层FSS电阻层的周期单元的结构示意图；
图3为本发明复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料第二层FSS电阻层的周期单元的结构示意图；
图4为本发明复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料的金属反射层的周期单元的结构示意图；
图5为本发明复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料的反射系数曲线图；
图中，1、第一频率选择表面电阻层，11、十字形贴片，12、正方形贴片，13、L形贴片，2、第一介质层，3、第二频率选择表面电阻层，31、正方环，4、第二介质层，5、金属反射层，51、半方环。
具体实施方式
为了使本领域技术人员进一步了解本发明，下面结合附图1-5对本发明做进一步说明。
复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料从上至下依次包括第一频率选择表面电阻层1、第一介质层2、第二频率选择表面电阻层3、第二介质层4和金属反射层5；其中，第一频率选择表面电阻层1由周期排列的碳膜贴片单元组成，碳膜贴片单元由一个十字形贴片11、四个相同的正方形贴片12和四个相同的L形贴片13组成，四个正方形贴片12和四个L形贴片13相对于十字形贴片11的中心点对称分布，即十字形贴片11有四条相同的臂，相邻两个臂之间成直角，也形成了一个区域，每个区域内设有一个正方形贴片12和一个L形贴片13，正方形贴片12有两条相邻的直角边与对应的十字形贴片13的两条相邻的直角边分别邻近且等间距，正方形贴片12的另外两条相邻的直角边与L形贴片13的两条内直角边分别邻近且等间距，L形贴片13的L形的两条边的边长相等，且与正方形贴片12的边长相配合，碳膜贴片单元的长度和宽度等于十字形贴片11的长度和宽度；第一介质层2的介电常数为1.05，厚度为2mm；第二频率选择表面电阻层3由碳膜上周期排列的开孔单元组成，所述开孔单元为多个具有相同中心点的正方环31按照边长从小到大，由内到外依次排列，相邻两个正方环31之间的间距相等；第二介质层4的介电常数为4.4，厚度为1mm；金属反射层5为金属覆盖层上周期排列的开孔单元组成，开孔单元为开口谐振环结构。
本实施方式中，第一频率选择表面电阻层1的方阻为20Ω，第一介质层2的材料为泡沫材料，第二频率选择表面电阻层3的方阻为300Ω，第二介质层4的材料为FR-4，金属反射层5的厚度为15μm，金属覆盖层为金属覆铜层，金属反射层5上的开孔单元由两组轴对称的多个半方环51组成，两组半方环51的结构由多个具有相同中心点的正方环按照边长从小到大，由内到外依次排列后，沿对称边的中心线切开后形成，相邻两个半方环51间的距离相等，吸波材料的总体厚度接近于第一介质层2和第二介质层4的厚度之和。
将本实施方式制备的吸波材料进行反射系数测试，通过反射系数最终可以计算出吸波效率，结果如图5所示，可以看出，吸波材料具有超宽吸波带宽，在7.5GHz-22GHz范围内具有-10dB以下的反射系数，在7.5GHz-22GHz范围内均可实现高吸波效率；整个吸波频带内具有5个低于-18dB的反射系数峰值，这样复合吸波材料在以上5个频点附近具有更加良好的吸波效果。
显然，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，从上至下依次包括第一频率选择表面电阻层(1)、第一介质层(2)、第二频率选择表面电阻层(3)、第二介质层(4)和金属反射层(5)；
所述第一频率选择表面电阻层(1)由周期排列的碳膜贴片单元组成，所述碳膜贴片单元由一个十字形贴片(11)、四个相同的正方形贴片(12)和四个相同的L形贴片(13)组成，四个正方形贴片(12)和四个L形贴片(13)相对于十字形贴片(11)的中心点对称分布，正方形贴片(12)有两条相邻的直角边与对应的十字形贴片(13)的两条相邻的直角边分别相邻且等间距，正方形贴片(12)的另外两条相邻的直角边与L形贴片(13)的两条内直角边分别相邻且等间距；
所述第一介质层(2)的介电常数为1.05，厚度为2mm；
所述第二频率选择表面电阻层(3)由碳膜上周期排列的开孔单元组成，所述开孔单元为多个具有相同中心点的正方环(31)按照边长从小到大，由内到外依次排列；
所述第二介质层(4)的介电常数为4.4，厚度为1mm；
所述金属反射层(5)由金属覆盖层上周期排列的开孔单元组成，所述开孔单元由两组轴对称的半方环(51)组成，两组半方环(51)的结构由多个具有相同中心点的正方环按照边长从小到大，由内到外依次排列后，沿对称边的中心线切开后形成。
2.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述第一频率选择表面电阻层(1)的方阻为20Ω。
3.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述第一介质层(2)的材料为泡沫材料。
4.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述第二频率选择表面电阻层(3)的方阻为300Ω。
5.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述第二介质层(4)的材料为FR-4。
6.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述金属反射层(5)的厚度为15μm。
7.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述L形贴片(13)的L形的两条边的边长相等，且与正方形贴片(12)的边长相配合。
8.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述相邻的两个正方环(31)之间的间距相等。
9.根据权利要求1所述的复合介质双层FSS结构SRR金属层超轻薄吸波材料，其特征在于，所述金属覆盖层为金属覆铜层。
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