CN104638382B - 一种双频超材料吸波体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种双频超材料吸波体，由自下而上依次设置的底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜组成，底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜之间相互贴合，所述底层金属薄膜是全金属薄膜，顶层金属薄膜包括金属圆环和位于金属圆环内的金属方环组成，金属圆环的中心和金属方环的中心与中间损耗介质层的中心以及底层金属薄膜的中心在一条直线上，且金属方环的四个角分别正对于中间损耗介质层的四个边的中点。本发明提供的超材料吸波体具有高吸波率，极化不敏感和宽入射角特性，并且有两个吸波峰值点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超材料吸波体，尤其涉及一种双频超材料吸波体。
背景技术
雷达吸波材料是一类能有效吸收入射电磁波，显著降低目标回波强度的功能材料，可以大幅降低目标的雷达散射截面，从而提高其隐身性能。传统的雷达吸波材料存在着厚、重、稳定性差等缺点，在应用上受到了很大的限制。
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料吸波体，又称超材料吸波结构，作为一种新的人工电磁材料，因具有结构简单、超薄、体积小和吸波率高等优点，近年来受到了科研人员的广泛关注，并对其展开了相关研究。自2008年Landy基于超材料的电磁耦合谐振特性，首次提出由电谐振器、损耗介质和金属微带线构成的具有完美吸波特性的超材料吸波结构以来，超材料吸波结构的研究取得了快速的发展。
目前，研究人员已经提出了很多种超材料吸波结构，例如各种极化不敏感吸波结构和宽入射角的超材料吸波结构，但是这些吸波结构的工作频段限制在单频段，然而当今微波器件正朝着多频段的方向发展。因此，有必要设计一种双频超材料吸波结构。
发明内容
本发明的目的是为了提供了一种工作于双频段的具有极化不敏感和宽入射角特性的双频超材料吸波体。
本发明的目的是这样实现的：由自下而上依次设置的底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜组成，底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜之间相互贴合，所述底层金属薄膜是全金属薄膜，顶层金属薄膜包括金属圆环和位于金属圆环内的金属方环组成，金属圆环的中心和金属方环的中心与中间损耗介质层的中心以及底层金属薄膜的中心在一条直线上，且金属方环的四个角分别正对于中间损耗介质层的四个边的中点。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.底层金属薄膜、金属圆环和金属方环的材料是金属铜，中间损耗介质层是FR4介质，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
2.底层金属薄膜的长度和宽度分别与中间损耗介质层的长度和宽度相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提出的双频超材料吸波体结构的顶层金属薄膜由两种结构组成，分别是金属方环和金属圆环，这两种结构可以产生两个不同的电磁谐振点，从而可以实现双频的吸波效果。(2)本发明提出的双频超材料吸波体结构的底层金属薄膜为全金属结构，采用这种结构可以保证无电磁波透射，进入到吸波体内部的电磁波在介质损耗和欧姆损耗的作用下被全部损耗掉。(3)本发明提出的双频超材料吸波体结构为对称结构，可以吸收任意极化角度的电磁波，同时也可以吸收不同极化类型的电磁波。(4)本发明提出的双频超材料吸波体结构具有高吸波率的特点，对于垂直入射的电磁波，本发明在两工作频点的吸波率均可达到99％以上。(5)本发明提出的双频超材料吸波体结构具有宽入射角的特性，当电磁波的入射角度增加到50度时，本发明在两工作频点的吸波率仍能保持在74％以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2(A)是本发明的正视图，图2(B)是本发明的侧视图；
图3是本发明对垂直入射的TE、TM极化电磁波的吸波率示意图；
图4为本发明对斜入射角为20°的TE、TM极化电磁波的吸波率示意图；
图5为本发明对斜入射角为40°的TE、TM极化电磁波的吸波率示意图；
图6为本发明对斜入射角为50°的TE、TM极化电磁波的吸波率示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1、图2(A)和图2(B)，本发明是由自下而上依次设置的底层金属薄膜1、中间损耗介质层2和顶层金属薄膜组成，底层金属薄膜1、中间损耗介质层2和顶层金属薄膜之间相互贴合，也即本发明的底层金属薄膜1和顶层金属薄膜分别贴附于中间损耗介质层2的两侧，所述底层金属薄膜1是全金属薄膜，无镂空结构，顶层金属薄膜包括金属圆环3和位于金属圆环3内的金属方环4组成，金属圆环3的中心和金属方环4的中心与中间损耗介质层2的中心以及底层金属薄膜1的中心在一条直线上，且金属方环4的四个角分别正对于中间损耗介质层3的四个边的中点。也即本发明的顶层金属薄膜包括金属圆环3和金属方环4两种结构，金属方环4位于金属圆环3的内部，两者的中心点在同一位置，并且中心点正好处于单元结构的中心，金属方环4较中间损耗介质层2和底层金属薄膜1，旋转了45度，金属方环4的四角分别处在水平线和竖直线上，也可以说金属方环4的四个角分别正对于中间损耗介质层2的四个边的中点。这两种不同的结构(金属圆环3和金属方环4)可以产生两个电磁谐振点，从而获得双频带吸波的效果。同时，本发明为对称结构，可以吸收任意极化角度的电磁波。
底层金属薄膜1、金属圆环3和金属方环4的材料是金属铜，中间损耗介质层2是FR4介质，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，尺寸为10.25mm*10.25mm*0.61mm。底层金属薄膜1的长度和宽度分别与中间损耗介质层2的长度和宽度相等。具体的说，本发明的底层金属薄膜1、金属圆环3和金属方环采用刻蚀技术刻蚀在中间损耗介质层2的上下两侧，也即在底层金属薄膜1上附有中间损耗介质层2，在中间损耗介质层上贴附有金属圆环3和金属方环4，金属圆环3的内径为4.05mm，外径为4.5mm，金属方环4的边长为4mm，宽度为1.05mm。并且本发明所述的双频超材料吸波体的结构只是一个吸波体单元结构，可以按照要求进行排列组合后再使用。
图3至图6为本发明所提供的双频超材料吸波体的吸波率曲线图，从三个图中可以看出本发明提供的双频超材料吸波体在6.3GHz和13.01GHz两频点处对TE、TM极化波的吸波率均达到99％以上，同时当入射角度增加到50度时，吸波率仍保持在74％以上。
Claims (3)
1.一种双频超材料吸波体，由自下而上依次设置的底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜组成，底层金属薄膜、中间损耗介质层和顶层金属薄膜之间相互贴合，其特征在于：所述底层金属薄膜是全金属薄膜，顶层金属薄膜包括金属圆环和位于金属圆环内的金属方环组成，金属圆环的中心和金属方环的中心与中间损耗介质层的中心以及底层金属薄膜的中心在一条直线上，且金属方环的四个角分别正对于中间损耗介质层的四个边的中点。
2.根据权利要求1所述的一种双频超材料吸波体，其特征在于：底层金属薄膜、金属圆环和金属方环的材料是金属铜，中间损耗介质层是FR4介质，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
3.根据权利要求1或2所述的一种双频超材料吸波体，其特征在于：底层金属薄膜的长度和宽度分别与中间损耗介质层的长度和宽度相等。
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