CN104979641A - 一种宽频吸波体及其应用 - Google Patents

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王颖
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Abstract

本发明提供一种宽频吸波体及其应用，属吸波材料技术领域。该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，厚度为0.1～3mm，中间是高介电薄层，厚度为10～200μm，能保证电磁波部分透射，部分反射；该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。一种宽频吸波体的应用，该吸波体用于宽频微波吸收体、宽频雷达波隐身涂层，使用时，在吸波体一侧下方放金属衬底，电磁波由吸波体另一侧上方入射，该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。本发明提供的三明治结构吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰，大幅提升复合物吸波体的吸波带宽，且两个吸收峰的峰频可通过两侧损耗层的电磁参数和厚度进行调控。

Description

一种宽频吸波体及其应用
技术领域
本发明属吸波材料技术领域，具体涉及一种宽频吸波体及其应用。
背景技术
电磁波吸收体是一类能有效吸收入射电磁波，显著降低回波强度的功能复合材料，在军用隐身涂层、民用电磁防护和抗电磁干扰领域有重要应用。中国发明专利CN200710191902，CN101226801，CN200810041222公开了多种磁性电磁吸波粉体材料。这些专利主要关注新材料体系，使用时基本上是将报道的粉体材料与某种粘接剂复合后制成吸波体。根据调研，目前报道的或在应用的电磁吸波体主要体有种类型：(1)单层吸波体：主要由磁性、介电颗粒或两者的复合体与粘接剂混合构成。这类吸波体这几年被国内外研究者广泛报道，其基本特征是设计成一定厚度时，会在某一频率出现一个强吸收峰；吸波体厚度增加会引起吸收峰向低频移动(Journal of applied physics,112,(2012),104903))。由于只出现一个强吸收峰，该类型吸波体吸波的带宽有限。(2)双层吸波体：单层吸波体的介电过高时，在单层吸波体基础之上加一层低介电的阻抗匹配层，使电磁波更多进入吸波体内，增强吸波性能(Journalof magnetism and magnetic materials,318,(2007),8)。但根据调研，这类型吸波体也只会出现一个强吸收峰，因此吸波的带宽也较窄。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种宽频吸波体，这种吸波体可以在总体厚度较薄时在微波频段同时出现两个强吸收峰，实现大幅提升吸波的带宽。该发明可使用在微波频段的宽频电磁兼容器、抗电磁干扰和微波吸收体，也可用作GHz频段的宽频雷达波隐身涂层。
本发明一种宽频吸波体，该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，厚度为0.1～3mm，中间是高介电薄层，厚度为10～200μm，能保证电磁波部分透射，部分反射；该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。
所述的颗粒物损耗层由磁性颗粒、介电颗粒、或两者复合物和粘接剂混合而成；混合物中粘接剂质量分数为30～90％。
所述磁性颗粒为铁基软磁合金颗粒、铁氧体颗粒或其复合物；
所述介电颗粒为石墨粉、碳黑、导电聚合物、石墨烯粉或其复合物；
所述粘接剂为石蜡、环氧树脂、橡胶、聚乙烯或聚丙烯。
所述高介电薄层为薄的金属片，或导电性好的物质或复合物；必须保证电磁波能部分透射过去，部分反射回来。
所述两个强吸收峰的峰频可以通过两侧颗粒复合物损耗层的电磁参数和厚度、以及中间薄层的成分进行调控。
一种宽频吸波体的应用，该吸波体用于宽频微波吸收体、宽频雷达波隐身涂层，使用时，在吸波体一侧下方放金属衬底，电磁波由吸波体另一侧上方入射，该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。
本发明是一种三明治层状结构的吸波体，两侧是粉体粘接剂复合物，中间则为高介电层。粉体粘接剂复合物和目前使用的单层吸波片或隐身涂层制作方法一致，粉体可以是磁性颗粒，介电颗粒，也可以是两者的复合物；高介电层可以是薄的金属片，也可以是其它薄的导电性好的物质或复合物，目的是让电磁波部分反射回去，部分透射过去。
图1是本发明涉及的三明治结构宽频吸波体的简易图。d1和d2是颗粒复合物，和目前使用的单层吸波体成分和制备方法相同，由磁性颗粒、介电颗粒或两者的复合物与粘接剂均匀混合构成；使用时，d2下放有金属背衬，电磁波由d1上方入射。高介电薄层镶在d1和d2中间，使进入d1层的电磁波部分反射回去，部分透射到d2层。该三明治结构吸波体会出现两个强吸收峰，高频区的吸收峰峰频由d1层的电磁参数和厚度决定，低频区吸收峰的峰频则由三层物质的电磁参数和厚度共同决定。
本发明三明治结构吸波体的d1层的电磁参数和厚度决定高频区的吸收峰的峰频，峰频的位置可通过d1层的厚度及d1层的电磁参数来调控。
本发明三明治结构吸波体d2层与d1层和中间高介电层一起决定低频区吸收峰的峰位。
本发明三明治结构吸波体的d2层的电磁参数和厚度可以和d1层的一致，也可以不同。
本发明三明治结构吸波体的中间层是实现两个吸收峰的关键，由高介电的物质组成，可以是金属薄片，也可以是高导电性的物质或复合物。作用是使进入d1层的电磁波部分反射回去，部分透过到d2层。如果中间层过厚，电磁波透射不过去，则不会出现两个吸收峰，达不到增加吸收带宽的作用。
本发明提供的三明治结构吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰，大幅提升复合物吸波体的吸波带宽。由于两个吸收峰的峰频可通过两侧损耗层的电磁参数和厚度进行调控，可以利用该特征有针对性地设计成不同频段使用的宽频吸波体。本发明提供的三明治结构吸波体制备方法简单，在两层损耗层中间镶入一层薄的高介电层即可实现。薄的高介电层是形成两个强吸收峰的关键，由于其厚度可以很薄，所以对吸波体整体厚度几乎没影响。本发明提供的三明治结构吸波体可以制成隐身涂层，也可做成柔性吸波片，制成的吸波体形式多样且应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明所涉及的三明治结构的简易图；
图2为本发明实例1三明治结构吸波体的吸波性能图；
图3为本发明实例2三明治结构吸波体的吸波性能图；
图4为本发明实例3三明治结构吸波体的吸波性能图；
图5为本发明实例4三明治结构吸波体的吸波性能图。
具体实施方式
以下给出本发明的实施方案，本发明所述的其它材料的实施方案与此相同。
吸波性能利用捷伦E8363B矢量网络分析仪测得。
所述FeCuNbSiB非晶金属薄带购买自北京安泰科技股份有限公司。
实施例1
一种宽频吸波体，该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，中间是高介电薄层，如图1所示，d1层为1.6mm羰基铁/石蜡复合物，d2层为0.5mm的羰基铁/石蜡复合物，中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带。
一种宽频吸波体的设计方法如下：
称取0.40g羰基铁粉(购买自江苏天一超细金属粉末有限公司)和0.12g石蜡，将羰基铁粉和石蜡均匀混合。选取混合物压制成厚度为1.6mm和0.5mm的羰基铁/石蜡复合物圆环，圆环内径为3.04mm，外径为7.00mm。1.6mm的复合物对应图1中的d1层，0.5mm的复合物对应图1中的d2层。中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带，利用冲模机制成有内径为3.04mm，外径为7.00mm的圆环。将该金属圆环放入两个羰基铁/石蜡复合物中间，压制成一体。中间层厚度很小，对整体厚度的影响可以忽略，吸波体整体厚度为2.1mm。为了对比，利用羰基铁/石蜡混合物直接压制了厚度为2.1mm的单层圆环，中间无金属薄带。
利用安捷伦E8363B矢量网络分析仪在同轴线夹具中测量物体的吸波性能，对于三明治结构的吸波体，测量时d2层底部利用金属背衬短路；对于羰基铁/石蜡混合物单层圆环，随机的一面利用金属背衬短路。图2是测量的吸波性能结果，对于三明治结构的吸波体，6.4-18.0GHz的频段内都可以获得优于-10dB的吸波效果，吸波带宽达到11.6GHz。对于具有相同厚度的单层吸波体，只在8.1-13.4GHz的频段内获得了优于-10dB的吸波效果，吸波带宽只有5.3GHz。
实施例2
一种宽频吸波体，该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，中间是高介电薄层，如图1所示，d1层1.8mm羰基铁/石蜡复合物，d2层为1.5mm的羰基铁/石蜡复合物，中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带。
一种宽频吸波体的设计方法如下：
称取0.60g羰基铁粉(购买自江苏天一超细金属粉末有限公司)和0.18g石蜡，将羰基铁粉和石蜡均匀混合。选取混合物压制成厚度为1.5mm和1.8mm的羰基铁/石蜡复合物圆环，圆环内径为3.04mm，外径为7.00mm。1.8mm的复合物对应图1中的d1层，1.5mm的复合物对应图1中的d2层。中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带(购买自北京安泰科技股份有限公司)，利用冲模机制成有内径为3.04mm，外径为7.00mm的圆环。将该金属圆环放入两个羰基铁/石蜡复合物中间，压制成一体。
利用安捷伦E8363B矢量网络分析仪在同轴线夹具中测量物体的吸波性能，对于三明治结构的吸波体，测量时d2层底部利用金属背衬短路；图3是测量的吸波性能结果，吸波体分别在3.0GHz和13.0GHz附近获得了两个优于-10dB的吸收峰，在2.6-18GHz的频段内吸波性能都优于-7.5dB。
实施例3
一种宽频吸波体，该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，中间是高介电薄层，如图1所示，d1层2.2mm石墨粉/石蜡复合物，d2层为1.0mm的石墨粉/石蜡复合物，中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带。
一种宽频吸波体的设计方法如下：
称取0.015g石墨粉和0.135g石蜡，将石墨粉和石蜡均匀混合。选取混合物压制成厚度为2.2mm和1.0mm的石墨粉/石蜡复合物圆环，圆环内径为3.04mm，外径为7.00mm。2.2mm的复合物对应图1中的d1层，1.0mm的复合物对应图1中的d2层。中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带(购买自北京安泰科技股份有限公司)，利用冲模机制成有内径为3.04mm，外径为7.00mm的圆环。将该金属圆环放入两个石墨粉/石蜡复合物中间，压制成一体。
利用安捷伦E8363B矢量网络分析仪在同轴线夹具中测量物体的吸波性能，对于三明治结构的吸波体，测量时d2层底部利用金属背衬短路；图4是测量的吸波性能结果，吸波体分别在6.2GHz和15.5GHz附近获得了两个优于-10dB的吸收峰，在5.3-18GHz的频段内吸波性能基本都优于-5.0dB。
实施例4
一种宽频吸波体，该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，中间是高介电薄层，如图1所示，d1层2.2mmCo2Z-石墨粉/石蜡复合物，d2层为1.0mm的Co2Z-石墨粉/石蜡复合物，中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带。
一种宽频吸波体的设计方法如下：
称取1.01gCo2Z铁氧体粉体、0.03g石墨粉和0.41g石蜡，将三者均匀混合。选取混合物压制成厚度为2.2mm和1.0mm的Co2Z-石墨粉/石蜡复合物圆环，圆环内径为3.04mm，外径为7.00mm。2.2mm的复合物对应图1中的d1层，1.0mm的复合物对应图1中的d2层。中间的高介电层使用厚度为20μm的FeCuNbSiB非晶金属薄带(购买自北京安泰科技股份有限公司)，利用冲模机制成有内径为3.04mm，外径为7.00mm的圆环。将该金属圆环放入两个复合物中间，压制成一体。
利用安捷伦E8363B矢量网络分析仪在同轴线夹具中测量物体的吸波性能，对于三明治结构的吸波体，测量时d2层底部利用金属背衬短路；图5是测量的吸波性能结果，吸波体分别在6.0GHz和17.0GHz附近获得了两个优于-10dB的吸收峰，在3.2-18GHz的频段内吸波性能都优于-5.0dB。

Claims (6)

1.一种宽频吸波体，其特征在于该吸波体整体呈三明治结构，两侧是颗粒复合物损耗层，厚度为0.1～3mm，中间是高介电薄层，厚度为10～200μm，能保证电磁波部分透射，部分反射；该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。
2.根据权利要求1所述的一种宽频吸波体，其特征在于所述的颗粒物损耗层由磁性颗粒、介电颗粒、或两者复合物和粘接剂混合而成；混合物中粘接剂质量分数为30～90％。
3.根据权利要求2所述的一种宽频吸波体，其特征所述磁性颗粒为铁基软磁合金颗粒、铁氧体颗粒或其复合物；所述介电颗粒为石墨粉、碳黑、导电聚合物、石墨烯粉或其复合物；所述粘接剂为石蜡、环氧树脂、橡胶、聚乙烯或聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种宽频吸波体，其特征所述高介电薄层为薄的金属片，或导电性好的物质或复合物，高介电薄层必须保证电磁波能部分透射过去，部分反射回来。
5.根据权利要求1所述的一种宽频吸波体，其特征在于所述两个强吸收峰的峰频可以通过两侧颗粒复合物损耗层的电磁参数和厚度、以及中间薄层的成分进行调控。
6.一种如权利要求1所述的宽频吸波体的应用，其特征在于该吸波体用于宽频微波吸收体、宽频雷达波隐身涂层，使用时，在吸波体一侧下方放金属衬底，电磁波由吸波体另一侧上方入射，该吸波体能在不同的频段同时出现两个强吸收峰。
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