CN104411153B - 极化不敏感亚波长三维吸波结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极化不敏感亚波长三维吸波结构，包括由多个结构单元组成的周期性阵列结构，每个结构单元包括吸波体和阻抗匹配层。吸波体包括四片单面附铜介质板，长方体状的铝柱，以及金属接地板。金属接地板位于结构单元底部，铝柱位于结构单元中心且垂直设于金属接地板上。四片单面附铜介质板位于结构单元四周且垂直设于金属接地板上，分别与铝柱的四个侧面构成平行板波导结构；阻抗匹配层包括介质顶板及其上面的电路，位于吸波体上方紧贴吸波体，并与吸波体有良好的电接触。本发明极化不敏感亚波长三维吸波结构可以实现对微波频率低端电磁波宽带、高效的吸收，同时还有体积小、结构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等特点。

Description

极化不敏感亚波长三维吸波结构

技术领域

本发明涉及一种电磁波吸波结构，具体是一种亚波长电磁波吸波结构，更具体是一种极化不敏感三维电路模拟亚波长电磁波吸波结构。

背景技术

电磁波吸波结构在商业、国防和国家安全等方面均有广泛的用途。为了减少电磁辐射，实现电磁屏蔽和电磁隐身，宽带、高吸收率的吸波结构是必不可少的器件之一。近年来，随着电磁隐身和电磁屏蔽受到了越来越多的重视，对宽带、高吸收率的吸波结构的需求变得越来越迫切。

微波段的吸波结构可以由多种结构来实现，如介质型和磁性吸波结构等。但这些结构的吸波频带往往位于微波频率高端，相对带宽不大，且常常和电磁波的极化相关，受电磁波入射角度的影响大，不能满足对微波频段，特别是对微波频率低端电磁波的吸波性能要求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种结构简单、实现方便的高性能亚波长双极化吸波结构，能够实现大入射角条件下对微波频率低端电磁波的高效吸收。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种极化不敏感亚波长三维吸波结构，包括由多个结构单元组成的周期性阵列结构，每个结构单元包括吸波体和阻抗匹配层。吸波体包括四片单面附铜介质板，长方体状的铝柱，以及金属接地板。金属接地板位于结构单元底部，铝柱位于结构单元中心且垂直设于金属接地板上，铝柱底部与金属接地板之间电连接。四片单面附铜介质板位于结构单元四周且垂直设于金属接地板上，单面附铜介质板与金属接地板之间电连接，四片单面附铜介质板分别与铝柱的四个侧面构成平行板波导结构；阻抗匹配层包括介质顶板及其上面的电路，位于吸波体上方紧贴吸波体，电路由集总电阻电容元件构成，并与吸波体有良好的电接触。

进一步的，所述集总电阻电容元件为贴片型电阻电容，组成电路为串联电路。

进一步的，所述单面附铜介质板、金属接地板、介质顶板的介质板材料为

Rogers板材。

进一步的，所述单面附铜介质板、金属接地板、介质顶板的介质板相对介电常数为4.0-4.4之间。

进一步的，所述单面附铜介质板、金属接地板、介质顶板的形状为矩形，单面附铜介质板、金属接地板上铜质贴片为矩形。

进一步的，所述单面附铜介质板的介质板厚度为0.5mm-0.8mm，金属接地板、介质顶板的厚度为1mm。

亚波长三维吸波结构适用于微波，毫米波及THz波段。根据吸波结构的工作频率须对各部分的结构参数和所用材料进行专门设计。

工作原理：单面附铜介质板、铝柱和金属接地板组成终端短路传输线。由传输线理论可知，当电磁波由吸波结构上方入射时，该终端短路传输线可等效为一个阻抗，该阻抗与介质顶板上的集总电阻电容元件构成匹配层一起形成一个等效的RLC并联电路。通过匹配层实现了吸波结构和空气在较宽频率范围内的阻抗匹配，让入射电磁波进入到吸波结构中。进入到吸波结构的电磁能被等效的RLC并联电路中的电阻耗散掉，转化为在集总元件上的焦耳热能，从而实现了宽频带高吸收率的吸波效果。

有益效果：本发明提出一种由集总元件匹配的电路模拟亚波长电磁波吸波结构（简称“吸波结构”）。这种吸波结构不但具有吸收效率高、相对带宽大、可在大入射角低频率下工作以及亚波长结构等特点，而且还具有结构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等优势。该结构克服了一般吸波结构吸波频率较高以及单极化的问题，实现了微波频率低端（1.2-5GHz）的优异双极化吸波效果。

附图说明

图1为本发明的周期结构单元的结构示意图（俯视图），图中的外框是单面附铜介质板。

图2为本发明的周期结构单元的三维结构视图。

图3为本发明的样品图。

图4为本发明的S11参数实验测量结果图。

图5为本发明的S11参数在不同电磁波入射角度下的测量结果图。

图1、图2中，1：铝柱，2：铜质贴片，3：集总电阻电容元件，4：介质板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1至图3示出了本发明所述的极化不敏感亚波长三维吸波结构示意图和实物样品图。本实施例中，吸波结构是由多个结构单元组成的周期性阵列结构，其中每一个结构单元包括吸波体和阻抗匹配层。吸波体(如图2)包括四片单面附铜介质板4，长方体状的铝柱1，以及金属接地板，金属接地板位于结构单元底部。铝柱1垂直于金属接地板，位于结构单元中心。四片单面附铜介质板4垂直于金属接地板，分别与铝柱1的四个侧面构成平行板波导结构。单面附铜介质板4的底部、铝柱1底部和金属接地板由导电银胶粘连，保证有良好的电接触。

阻抗匹配层（如图1）包括介质顶板及其上面的电路。电路由集总电阻电容元件3组成串联电路，可选择贴片型电阻电容。阻抗匹配层在吸波体上方紧贴吸波体，并与吸波体有好的电接触。在设计时，需要根据对吸波结构的要求（吸收率和带宽）确定吸波体的厚度，集总电容C和集总电阻R的数值。在最优的R、C和厚度t等条件下能够实现低频、宽频带、高吸收率的吸波效果。

本实施例中，单面附铜介质板4的介质板材料采用Rogers RT5880，相对介电常数为4.2，厚度为0.5mm-0.8mm。金属接地板、介质顶板与单面附铜介质板4的介质板材料相同，金属接地板、介质顶板的厚度为1mm。单面附铜介质板4、金属接地板、介质顶板的形状为矩形，单面附铜介质板4、金属接地板上铜质贴片2为矩形。

吸波材料的吸波性能通常用其反射系数的大小S11表示。图4示出了该吸波结构最优参数时S11参数的实验测量结果。实验测量实例中各参数为：电阻R=120ohm,电容C=0.5pf,四周单面附铜介质板厚度为0.5mm、宽度x=22mm、相对介电常数为4.4，铜质贴片宽度b=6mm,铝柱宽度为b=6mm，结构厚度t=20mm。由图4可知，该结构对垂直与水平两个极化方向的电磁波均有几乎相同的优异吸波效果，-10dB吸波带宽为1.7-6GHz，相对带宽为111.6%,具有对微波频率低端电磁波宽带高吸收率的吸波效果。

图5示出了本发明所述的亚波长电磁波吸波结构样品在不同电磁波入射角度下S11参数实验测量结果。由图可知在0-30^。入射角度内皆有很好的吸波效果，-10dB频率范围变化不大。

Claims (6)

1.一种极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，包括由多个结构单元组成的周期性阵列结构，每个结构单元包括吸波体和阻抗匹配层；吸波体包括四片单面附铜介质板，长方体状的铝柱，以及金属接地板；金属接地板位于结构单元底部，铝柱位于结构单元中心且垂直设于金属接地板上，铝柱底部与金属接地板之间电连接；四片单面附铜介质板位于结构单元四周且垂直设于金属接地板上，单面附铜介质板与金属接地板之间电连接，四片单面附铜介质板分别与铝柱的四个侧面构成平行板波导结构；阻抗匹配层包括介质顶板及其上面的电路，阻抗匹配层位于吸波体上方紧贴吸波体，电路由集总电阻电容元件构成，并与吸波体有良好的电接触。

2.根据权利要求1所述极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，所述集总电阻电容元件为贴片型电阻电容，组成电路为串联电路。

3.根据权利要求1所述极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，所述单面附铜介质板、金属接地板、介质顶板的介质板材料为Rogers板材。

4.根据权利要求1所述极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，所述单面附铜介质板、金属接地板、介质顶板的介质板相对介电常数为4.0-4.4之间。

5.根据权利要求1所述极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，所述单面附铜介质板、金属接地板和介质顶板的形状为矩形，单面附铜介质板上铜质贴片和金属接地板上铜质贴片为矩形。

6.根据权利要求5所述极化不敏感亚波长三维吸波结构，其特征在于，所述单面附铜介质板的介质板厚度为0.5mm-0.8mm，金属接地板、介质顶板的厚度为1mm。