CN105633592B - 人工电磁屏蔽材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人工电磁屏蔽材料，包括10层以上的介质板，每层介质板上印有连续或不连续的金属丝构成的金属丝阵列，所述金属丝阵列为大于8行且行间距为ax的连续金属丝，或者为行数大于8、列数大于8且行间距及列间距为ax和ay的非连续金属丝，所述行间距及列间距ax和ay同时都要小于λg/2，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长；本人工电磁屏蔽材料结构简单，所需的介质板可以为任意的介电常数的介质，连续金属丝的屏蔽效能为高通，为超宽带屏蔽材料，涵盖频段宽，起始频率为0，本发明可以对任意方向的电磁波进行屏蔽。

Description

人工电磁屏蔽材料

技术领域

本发明属于电磁屏蔽领域，也属于电磁材料领域，具体涉及一种超宽带高屏蔽效能的屏蔽材料。

背景技术

人工电磁材料是指将人造单元结构以特定方式排列组合形成的具有特殊电磁特性的人工结构材料。包括单负材料、双负材料(又称左手材料)、电磁带隙材料及手性材料等。

目前单负和双负材料又分为谐振型及传输线型两类，根据其等效的介电常数或磁导率正负得以区分。单负材料由于具有负介电系数或负的磁导率，电磁波在其中为倏逝波、无法传播，所以具有极好的带阻特性，可用于设计屏蔽材料及空间滤波器。

无论是在民用还是军事领域，对电磁脉冲尤其是微波电磁脉冲的电磁防护都非常重要，滤波或选择好的屏蔽材料，就可以尽量避免电磁脉冲辐射可能带来的危害。由于材料的单负特性，电磁波在其中无法传播，能够对特定频段的电磁波实施无损耗的反射,具有良好的屏蔽特性，同时对于金属丝结构的负介电系数人工电磁材料，其负参数频带宽，可以由直流一直到微波频段，且结构简单，周期单元间存在缝隙，可以同时解决通风散热的问题，且无需考虑高频接地的问题，具有极其优异的电磁屏蔽性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超宽带的电磁屏蔽材料。为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种人工电磁屏蔽材料，包括10层以上的介质板，每层介质板上印有连续或不连续的金属丝构成的金属丝阵列，所述金属丝阵列为大于8行且行间距为ax的连续金属丝，或者为行数大于8、列数大于8且行间距及列间距分别为ax和ay的非连续金属丝，所述行间距及列间距ax和ay同时都要小于λg/2，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长。

设定10层以上的介质板的原因在于：根据FDTD方法进行数值计算表明，每增加一层屏蔽材料，对波的抑制增加4dB，每增加一个金属丝，抑制增加3dB。当为10层以上时，就可以使得屏蔽效果约40dB(目前一般屏蔽材料的屏蔽性能)。

非连续金属丝设定行数及列数大于8是为了能使屏蔽效能达到40dB，小于8列或8行则屏蔽效能达不到40dB。

当入射电磁波沿介质板方向垂直入射，电场方向与金属丝平行时，构成了与等离子体或形成了谐振系统，使得材料在等离子频率一下或是谐振频率与等离子体频率之间具有负的等效介电常数，从而电磁波在这一频段内不能传播。

作为优选方式，所述行间距ax＝(1/10-1/5)λg，列间距ay＝(1/10-1/5)λg。这样设定能够更好的避开布拉格散射条件(a＝λg/2)。

作为优选方式，至少两层相邻的介质板中的金属丝阵列相互垂直设置。

相互垂直的多层结构使得在垂直金属丝的方向也具有屏蔽效能，从而使得整个材料具有任意极化特性的垂直入射平面波都有屏蔽效能。

作为优选方式，每层介质板之间设有间隙az，所述间隙az错开布拉格散射条件，即1/(10λg)＜az＜1/(5λg)。

作为优选方式，所述多层介质板为压制在一起的无间隙的整体。

作为优选方式，所述材料的尺寸大于需要屏蔽区域8-10个周期单元，一个金属丝为一个周期单元。由于边缘效应的存在，使材料的尺寸大于所需要屏蔽区域的8～10个周期单元，才能保证整个屏蔽区域的屏蔽效能是相同的。

作为优选方式，所述介质板为FR4环氧玻璃纤维板。

作为优选方式，所述金属丝阵列通过PCB工艺印制在介质板上。含有金属丝的介质板可以看作是一种特殊的集成电路。

作为优选方式，所述金属丝阵列的印制方式为：在介质板上压合或涂覆金属层，然后通过腐蚀的方法形成金属丝阵列。

作为优选方式，所述金属丝阵列由不连续的金属丝构成，金属丝阵列为19行、19列，介质板为16层。通过计算得出此时材料对入射波的抑制能达到64dB，当为16层时的屏蔽效果就和介质板材料为无限多层时的效果是一样的了，无线多层介质板的时候屏蔽效果在64db左右。

本发明采用了一种新的人工电磁材料作为设计的基本结构单元，利用人工电磁材料的负参数特点，选取了具有负介电系数的金属丝周期结构(负参数频带宽)。利用其具有的负介电常数的特性，通过恰当的设计，使得本发明在20MHz-18GHz具有很好的屏蔽效能，其屏蔽效能大于40dB。

本发明的工作原理如下：当材料的电谐振单元为连续金属丝时，材料的电磁特性类似于等离子体，材料的等效负介电系数与材料的等离子体频率有关，对于低于该频率的电磁波，材料的有效介电系数为负数；对于高于该频率的电磁波，材料的有效介电系数为正数。通过建立等效的介质模型来说明其具体的原理。

利用Drude模型的色散特性，可以建立起谐振型单负等效介质模型，其波数k为

由上式可以看出，波在负介电系数媒质中传播时，其波数为虚数，波的振幅将随着传播距离指数衰减，成为倏逝波，即波在单负媒质中无法传播。

因此，通过慎重选择Drude模型中的各参数，就可以用Drude模型对单负材料建模，模型将充分反映单负材料独特的电磁特性，在单负材料中，电磁波无法传播，如图2所示。

本发明采用了负介电系数的材料设计屏蔽材料，即金属丝结构。因为负介电系数材料较之负磁导率材料和带隙材料，其等效负介电系数频带较之负磁导率材料的等效负磁导率频带、带隙材料的电磁禁带更宽，且结构更简单。

当入射电磁波的电场与金属的走向一致时，或是其沿金属丝走向的场分量能激励金属丝结构，在金属丝上的感应电流的流动，使材料的等效介电系数为负数，从而被反射屏蔽，而其他方向的将通过屏蔽材料。对于连续金属丝来说，其负系数的起始频率为零，即对于低于其截止频率(等离子体频率)的电磁波其等效的介电常数为负，高于此频率为正。其等效的负介电常数的频带与其周期结构以及单元的尺寸有着非常重要的关系。

为此，首先研究了当人工电磁材料中的金属丝仅沿一个方向时，材料对电磁波的屏蔽效能。设电磁波沿x方向传播，材料周期单元结构中的不连续金属丝沿y方向，材料的基本结构为沿x、y和z方向的周期尺寸分别为a_x＝3.6mm和a_y＝a_z＝5.5mm，支撑金属丝的印制板厚为1.5mm；相对介电系数和磁导率分别为ε_r＝4.41和μ_r＝1；金属丝沿x方向的宽w＝0.3mm，金属丝长l＝5.0mm，间隙g＝0.5mm；材料的等效负介电系数频带位于13～19GHz波段，图3给出了当电磁波垂直入射，电场方向与金属丝方向，即y方向，夹角分别为0，45，90度时，负介电系数材料的电磁特性。从图中可以看出，当电磁波垂直入射时，无论入射波电场方向与y轴的夹角怎样变化，材料的负参数频带基本上保持不变。对于入射波中的E_y×H_z分量，在此频带内的电磁波几乎完全被反射，材料起到了很好的屏蔽作用；而对于入射波中的-E_z×H_y分量，材料对其起不到什么屏蔽作用，几乎可以无阻挡地完全透射过去。人工电磁材料之所以具有这样的特性，是因为材料的有效介电系数张量只有分量(ε_eff)_y＜0，所以材料仅对入射波中电场沿y方向的分量在负介电系数频带((ε_eff)_y＜0)内具有抑制作用，即，入射波中只有电场沿y方向的分量不能在其中传播，材料对其具有良好的屏蔽效能，数值仿真也很好的证明了这一点。

如果将上面的金属丝旋转90°，可以使得在z方向具有负系数，如图3所示将两个结构相互嵌套，可以得到对任意极化的电场都有屏蔽效果，如图4所示，当改变电场的方向保持入射方向不变，材料都具有很好的屏蔽效果。尽管这种金属丝沿两个互相垂直方向走向的材料的负介电系数频带较之金属丝仅沿一个方向走向的集成材料的负介电系数频带略有减小，但由于在电磁波垂直入射情况下，无论电磁波的极化特性如何，在材料的负介电系数频带内，对电磁波具有较高的屏蔽效能。同理，对于连续金属丝结构的负介电系数材料，也可以做类似的优化，令材料中包含沿两个垂直方向走向的连续金属丝，则在材料的负参数频带内，对电磁波的屏蔽效能同样与入射波的极化特性无关。如图5所示。

对于斜入射时，材料依然采用前面所述的摆放，金属丝沿y和z方向，设材料的基本结构保持不变，同一周期单元内沿y方向和沿z方向走向的金属丝相距1.2mm，设入射波波矢量为电场表示为入射波中共包括E_y×H_z、-E_z×H_y、E_x×H_y和-E_y×H_x四个分量。图6给出了φ＝0°且θ＝90°、75°、60°、和45°时，材料的电磁特性。

从仿真结果可以看出，在抑制频带内材料对入射波起到了很好的抑制作用，透射波降为入射波的-50～-60dB。但随着θ角的减小，即入射波方向越偏离x轴，材料的抑制频带发生了一些变化，对入射波中的E_y×H_z分量的抑制频带略向高频方向移动，但基本保持在13～18GHz范围内，但当θ≤45°时，抑制频带的前端对入射波的抑制能力减弱，且随着θ角减小，抑制能力减弱的范围增大；材料对入射波中的-E_z×H_y分量的抑制频带亦向高频方向移动，抑制频带的起始频率，从13GHz(θ＝90°)变为14.5GHz(θ＝30°)，截止频率从18GHz(θ＝90°)变为18.7GHz(θ＝30°)，整个抑制频带宽减小了0.8GHz；材料对入射波中的E_x×H_y分量的抑制频带与对-E_z×H_y分量的抑制频带相同，对-E_y×H_x分量的抑制频带与对E_y×H_z分量的抑制频带相同；材料对入射波整体的抑制频带则是以上这些频带的交集，随着θ角减小，材料对入射波的抑制频带的起始频率增大，截止频率也略有增大，整个带宽减小。

此外，从图6(f)还可以看出，虽然金属丝沿y和z走向的人工电磁材料的有效介电系数分量(ε_eff)_x不小于零，但在抑制频带内、材料对电场分量E_x也起到了很好的抑制作用。正如图6(e)所示，斜入射情况下测得的材料的抑制频带并不是完整的负参数频带，且抑制频带的截止频率还略大于负介电系数频带的截止频率(出现这种现象的原因，应为材料结构所致)。

同时，由于这种金属丝沿y和z方向走向的人工电磁材料在y和z方向完全相同，若入射波在xy平面内，材料对入射波的抑制频带将与图6(f)一致，随着入射波偏离x轴，材料抑制频带的起始频率增大，截止频率亦略有增大，带宽减小；对入射波中的E_y×H_z和-E_z×H_y分量的抑制频带则不过是将图6中的(a)和(b)对调即可，材料对入射波中的E_z×H_x分量的抑制频带与对-E_z×H_y分量的抑制频带相同，材料对入射波中的-E_x×H_z分量的抑制频带与对E_y×H_z分量的抑制频带相同；对E_x的抑制效果与E_y相同。而当入射波既不在xy平面内，也不在xz平面内时，材料对入射波中各分量和整体的抑制频带均将与图6(b)一致，随着入射波偏离x轴，材料抑制频带的起始频率增大，截止频率亦略有增大，带宽减小；对E_x、E_y、E_z的抑制效果相同。

因此，应用金属丝结构人工电磁材料设计电磁屏蔽材料时，由于材料结构的特点，还需要考虑到电磁波斜入射时材料对电磁波屏蔽效能变化，即材料的负参数频带与屏蔽工作频带并不完全吻合，而是有小幅度的缩减，在设计材料时，应保证材料的负参数频带大于屏蔽所需的工作频带，特别是在低频端，应较屏蔽工作波段的起始频率小2GHz左右。当然，连续金属丝结构的负介电系数材料无需做上述考虑。

在实际的设计中我们应该考虑到缺陷效应，即由于加工或是其他的缘故可能会导致材料并不是完全成周期变化的。因此在仿真设计的时候必须考虑这些因素。在设计的时候可以人为的创造缺陷，破坏掉某一个方向上的周期性，当然这个破坏的幅度不能太大。

本发明的有益效果为：本发明使用连续金属丝结构的人工电磁材料来制作屏蔽材料，充分利用其结构的简单，以及具有等效负介电系数的特点，使得当入射电磁波的电场方向与金属丝平行的时候，金属丝上的电荷在外场作用下定向运动形成传导电流，使得材料在等离子体频率以下(连续金属丝结构)，或谐振频率与等离子体频率之间(不连续金属丝结构)具有负的等效介电系数，电磁波在这一频段内在材料中无法传播，形成倏逝波，因此材料具有屏蔽电场方向与金属丝平行的电磁波的能力。通过设置10层以上结构，使得材料能够屏蔽电场方向与金属丝走向一致的电磁波。

当使用不连续金属丝来制作屏蔽材料，具有带阻效果，使得在特定的频段内才具有屏蔽效能。若将不连续金属丝和连续金属丝周期排列同样能达到效果，并且能展宽屏蔽带宽。将上诉的几种屏蔽材料通过相互嵌套能屏蔽电场任意极化的电磁波。

本人工电磁屏蔽材料结构简单，所需的介质板可以为任意的介电常数的介质，本发明中的连续金属丝，其屏蔽效能为高通，为超宽带屏蔽材料，涵盖频段宽，起始频率为0。本发明可以对任意与金属丝方向的电场分量屏蔽，而两种结构互相垂直嵌套的话，可以对任意方向的电磁波进行屏蔽。本发明是第一次将此类人工电磁材料用于屏蔽使用，可以使用在通风处，也可以作为密闭环境下使用。本发明制作工艺要求简单，设计和操作简单。

附图说明

图1(a)为本发明的单层不连续金属丝屏蔽材料示意图。

图1(b)为本发明的多层不连续金属丝屏蔽材料示意图。

图1(c)为本发明的单层连续金属丝屏蔽材料示意图。

图1(d)为本发明的多层连续金属丝屏蔽材料示意图。

图2(a)为波在具有负介电系数媒质中的传播特性(两条虚线之间为单负媒质)。

图2(b)为波在其中负磁导率媒质中的传播特性(两条虚线之间为单负媒质)。

图3(a)-图3(c)为电磁波垂直入射，不同极化下材料的电磁特性。其中，图3(a)为入射波电场方向与y轴夹角为0和45度时，材料对分量的反射特性E_y×H_z；图3(b)为入射波电场方向与y轴夹角为45和90度时，材料对透射和反射特性-E_z×H_y。图3(c)为入射波电场方向与y轴夹角为45度时，E_y×H_z分量和-E_z×H_y分量的透射特性。

图4(a)和图4(b)为金属丝沿不同方向的负介电系数材料结构示意图。其中图4(a)为y方向的等效介电常数小于零，图4(b)为z方向的等效介电常数小于零。

图5(a)为入射波电场方向与y轴夹角不同时材料对E_y×H_z分量的透射特性。

图5(b)为材料对-E_z×H_y分量的透射特性。

图5(c)为入射波电场方向与y轴夹角不同时，材料对入射波的透射特性。

图6(a)-(f)为φ＝0°，θ取不同值时，金属丝沿y和z方向走向的人工电磁材料的透射特性；其中图6(a)为对E_y×H_z分量的透射特性，图6(b)为对-E_z×H_y分量的透射特性，图6(c)为对E_x×H_y分量的透射特性，图6(d)为对-E_y×H_x分量的透射特性，图6(e)为对入射波总场的透射特性，图6(f)为透射波的电场强度。

图7为金属条数目、板子层数对屏蔽效能的影响。其中图7(a)为金属条数目的影响，图7(b)为层数的影响。

图8考虑缺陷因素后设计的屏蔽材料(连续金属丝)的屏蔽性能。

图9考虑缺陷因素后设计的屏蔽材料(不连续金属丝)的屏蔽性能。

图10考虑缺陷因素后设计的屏蔽材料(不连续金属丝和连续金属丝结合)的屏蔽性能。

图11为自由空间法测试框图。

图12为自由空间法测试的结果。

图13为窗口法测试框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

使用连续金属丝和不连续金属丝做屏蔽材料主要是由于他们在特定条件下具有负介电系数，能对电磁波起到抑制作用，电磁波不能在介质中传播，当电磁波入射到介质板上后，将被完全反射。但是实际上，人工左手材料并不真正的负介电系数，而是等效的负介电系数，所以材料必须有一定的周期结构来保证。因此实际应用中，我们应当考虑边沿效应。通常情况下，一层介质板构成的金属丝结构是不具有屏蔽效能的，通过数值仿真，得到介质板层数愈多，效果愈明显。通过研究发现，增加一层人工材料对入射波的抑制4dB，每增加一个金属丝结构就可以增加3dB的抑制，如图7所示。

实施例1

本实施例的人工电磁屏蔽材料包括27层介质板，每层介质板上印有30行完全相同的连续金属丝构成的金属丝阵列，金属丝阵列的行间距为ax，ax<λg/2，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长。所述介质板为厚1.2mm的FR4环氧玻璃纤维板，介电常数4.2～4.8，在板的边缘开孔以便于组装，本实施例的周期单元结构(一个金属丝为一个单元)为ax＝2.5mm，az＝2.7mm，(其中ax为金属丝之间的距离，az每层板子之间的距离，)金属丝长l＝112mm，沿波的传播方向(x方向)有30个周期单元，金属丝宽1.25mm。本实施例中，每层介质板之间设有间隙az，所述间隙az错开布拉格散射条件，即1/(10λg)＜az＜1/(5λg)。其屏蔽特性如8所示。

在其他实施例中介质板之间也可以没有间隙，所述多层介质板为压制在一起的无间隙的整体。

当入射电磁波的电场方向与连续金属丝平行时，构成了与等离子体或形成了谐振系统，使得材料在等离子频率一下或是谐振频率与等离子体频率之间具有负的等效介电常数，从而电磁波在这一频段内不能传播。

当入射电磁波沿介质板方向垂直入射，电场方向与金属丝平行时，构成了与等离子体或形成了谐振系统，使得材料在等离子频率一下或是谐振频率与等离子体频率之间具有负的等效介电常数，从而电磁波在这一频段内不能传播。

进一步的，所述行间距ax＝(1/10-1/5)λg。

进一步的，所述材料的尺寸应大于需要屏蔽区域8-10个周期单元(即金属丝阵列比需要屏蔽区域多8-10列)，以保证在整个屏蔽区对电磁波的屏蔽效果是一致的。

所述介质板四角通过和介质板同样的材料制作的螺栓加固在一起。

所述屏蔽材料可以适当引入缺陷，例如改变其中某些尺寸，如对某几个金属丝的长度(或宽度)增加(或是减小)0.5mm-2mm，会对屏蔽效能有所提高，在金属丝长短不一致的时候尤为明显。所以在设计屏蔽材料的时候可以适当的改变金属的尺寸。所述金属丝通过PCB工艺完成。例如：在介质板上压合或涂覆金属层，然后通过腐蚀的方法形成金属丝阵列。

表1和表2是本实施例的测试结果表，即材料在z方向共有27个单元的测试结果。从表1和表2可以看出，在20MHz-18GHz对电磁波的屏蔽效能大于40dB。说明对于连续金属丝结构的屏蔽材料，按照所要求来设计是完全能够达到屏蔽效果的。

表1

表2

实施例2

本实施例中，所述金属丝阵列由不连续的金属丝构成，金属丝阵列为19行、19列，介质板为16层，行间距及列间距分别为ax、ay，所述行间距及列间距都要小于λg/2，进一步的，通过计算发现，满足如下条件：ax＝(1/10-1/5)λg、ay＝(1/10-1/5)λg时，材料才能很好的表现出屏蔽效果，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长。

当介质板为16层时的屏蔽效果就和介质板材料为无限多层时的效果是一样的了，无线多层介质板的时候屏蔽效果在64db左右。由于边缘效应的存在，必须使得材料的尺寸大于所需要屏蔽区域的8～10个周期单元，一个金属丝为一个周期单元，这样才能保证整个屏蔽区域的屏蔽效能是相同的。

本实施例中，每层介质板之间设有间隙az，所述间隙az错开布拉格散射条件，即1/(10λg)＜az＜1/(5λg)，此外，介质板之间也可以没有间隙，所述多层介质板为压制在一起的无间隙的整体。

所述介质板四角通过和介质板同样的材料制作的螺栓加固在一起。

所述屏蔽材料可以适当引入缺陷，例如改变其中某些尺寸，会对屏蔽效能有所提高，在金属丝长短不一致的时候尤为明显。所以在设计屏蔽材料的时候可以适当的改变金属的尺寸。所述介质板为普通介质基板，例如FR4环氧玻璃纤维板。

所述金属丝阵列的印制方式为：在介质板上压合或涂覆金属层，然后通过腐蚀的方法形成金属丝阵列。

本实施例中不连续金属丝屏蔽材料单元周期结构为a_x＝3.0mm，a_z＝3.6mm，金属丝宽0.3mm，金属丝间隙0.5mm，沿金属丝方向的周期尺寸a_y＝7.5mm，特性如图9所示，

不连续金属丝构成的宽带屏蔽材料，其表现的屏蔽效能为“带阻”，屏蔽能力与连续金属丝差别不大。

在本实施例中，应当严格控制三维尺寸，因为这将会对屏蔽效果产生很大的影响。在xy平面，ax和az(即周期尺寸)应当(1/5～1/10)λg之间，等离子体的频率(即负参数的最高频率f)与材料的的周期尺寸近似成反比，与金属丝的宽度近似正比，与介质板的相对介电常数的平方根近似反比。对于z方向，也就是介质板堆砌的方向，az越小等离子体的频率也就越高。本实施例采用1.5mm的周期。

当材料的电谐振单元为不连续金属丝时，仿真结果表明，在一定范围内，金属丝越宽，材料的负介电系数频带也越宽，但其位置基本不变；随着金属丝间隙的增大，材料的负介电系数频带的带宽减小，且整体向高频方向移动；而无论是在保证金属丝间隙与金属丝长度的比值g/l不变还是在保证金属丝间隙g不变的情况下，金属丝的长度越大，集成材料的负介电系数频带整体向低频方向移动，但带宽在前一种情况下略有展宽，而在后一种情况下，则略有减小。而随着介质板相对介电系数ε_r的增大，材料的负介电系数频带的带宽减小且向低频方向移动。而周期尺寸a_z越小，材料的负介电系数频带越宽，但频带位置基本不变；周期尺寸a_x越小，材料的负介电系数频带越宽，且频带位置整体向高频方向移动。

之所以强调是在一定范围内，是因为当周期尺寸超过一定范围时，材料的负参数频带将与由周期结构引起的禁带结构混合在一起，无法准确判定材料的负参数频带。

实施例3

本实施例将连续和不连续金属丝混合。前四层介质板为连续金属丝(30行)，后四层介质板为不连续金属丝(金属丝阵列为19行、19列)，介质板共为8层，行间距及列间距ax、ay，所述行间距及列间距都应在(1/10-1/5)λg，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长。可实现宽频带的电磁屏蔽材料设计。其屏蔽效果如图10所示，在0MHz-18GHz对电磁波的屏蔽效能大于40dB。

如果将连续金属丝和不连续金属丝同时印在一个介质板上，也可以很好的展宽带宽，即通过将不连续丝的带阻的低频截止点与连续金属丝的高频截止点重合或是交叉，通过提高二者的配合能很好的展宽屏蔽带宽，并且屏蔽效能更好。

对于本发明中提到的三种实施例的测试根据材料的屏蔽效能的定义来进行，其公式为：

式中E₀为未加屏蔽时空间某点的电场强度，E₁为加屏蔽后空间中该点的电场强度。因此根据屏蔽效能的定义，测量材料的屏蔽效能，最直接的方法就是采用直接测量法。在材料的两侧放置发射和接收天线，即可直接测量材料的屏蔽效能，但要求材料尺寸远大于天线口径，以避免绕射等问题而影响测试结果的准确性。本发明的测试采用了双脊喇叭天线，将设计的样品镶嵌在3mm厚的铝板上，利用不完整屏蔽体屏蔽效能公式来反推材料的屏蔽效能。由于其覆盖的频率较宽，采用分段测试，即在2～18GHz采用已有的自由空间法测试仪，测试框图如图11所示。其屏蔽效能如图12所示。在上述基础上，根据GJB 6190-2008电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法，在电磁屏蔽暗室内，采用窗口法对材料的屏蔽效能进行了测试。测试框图为图13，在此基础上，将镶嵌受试材料的铝板视为不连续屏蔽体，利用不连续屏蔽体的屏蔽效能计算公式反推出材料的屏蔽效能。同时，由于天线工作频率的问题，仍然采用分段测量的方法。20MHz～1GHz采用双锥天线进行测量，2GHz～18GHz采用双脊喇叭天线进行测量。

本发明对每一层厚度均有要求，所有的尺寸必须满足一定的周期结构，可根据具体使用情况进行设计，为了达到所要求的效果，材料所含有的周期总尺寸必须尽可能的覆盖所需要的面积。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种人工电磁屏蔽材料，其特征在于：包括10层以上的介质板，每层介质板上印有连续或不连续的金属丝构成的金属丝阵列，所述金属丝阵列为大于8行且行间距为ax的连续金属丝，或者为行数大于8、列数大于8且行间距及列间距分别为ax和ay的非连续金属丝，所述行间距及列间距ax和ay同时都要小于λg/2，即所述金属丝阵列错开布拉格散射条件，λg为所需要屏蔽的截止波长。

2.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述行间距ax＝(1/10-1/5)λg，列间距ay＝(1/10-1/5)λg。

3.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：至少两层相邻的介质板中的金属丝阵列相互垂直设置。

4.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：每层介质板之间设有间隙az，所述间隙az错开布拉格散射条件，即1/(10λg)＜az＜1/(5λg)。

5.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述多层介质板为压制在一起的无间隙的整体。

6.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述介质板为FR4环氧玻璃纤维板。

7.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述金属丝阵列通过PCB工艺印制在介质板上。

8.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述金属丝阵列的印制方式为：在介质板上压合或涂覆金属层，然后通过腐蚀的方法形成金属丝阵列。

9.根据权利要求1所述的人工电磁屏蔽材料，其特征在于：所述金属丝阵列由不连续的金属丝构成，金属丝阵列为19行、19列，介质板为16层。