CN106856263A - 一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构，包括由多个吸波单元组成的阵列，每个吸波单元由多层PMI泡沫(1)、多层PET介质衬底(2)、多层电阻膜(3(1)-3(4))以及一层磁性吸波材料(4)、一层金属地(5)交替层叠而成。本发明结合了磁性吸波材料和多层电阻膜两种吸波结构，调和了复合吸波结构在厚度和低频吸波特性之间的矛盾。所设计的新型超材料吸波结构强度高、厚度薄，在1GHz-18GHz的超宽频带内都有良好的吸波效果。

Description

一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构

技术领域

本发明属于微波隐身技术，具体涉及一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构。

背景技术

超材料吸波结构是指将超材料微结构和介质基板相结合而组成的一类复合吸波材料，具有厚度薄、质量轻、吸收强、频带可调以及材料的电参数可设计等优势，在隐身领域具有广泛的应用。目前超材料的吸波功能主要通过电磁谐振、加载集总元件或电阻膜等方式实现。

基于电磁谐振的超材料吸波结构吸收电磁波依赖于金属结构的电磁谐振，该类结构通常带宽较窄。在外加交变电场的作用下电谐振器会产生感应电流，加载集总元件能够消耗掉这些电流，而且可将电磁谐振转化成电路谐振实现宽频带吸波，但工艺实现复杂、成本较高。

通过用高损耗的电阻膜结构替代金属结构也可将原电磁谐振转化为电路谐振实现宽频带吸波，且电阻膜结构工艺实现较简单。将超材料微结构蚀刻于各层电阻膜上，通过调节电阻膜方阻值和微结构的形状来改变电阻膜的阻值，可以实现各层电阻膜之间以及电阻膜与空气之间的阻抗匹配，从而产生超宽频带的良好的吸波性能。

然而电阻膜的吸波特性受材料厚度影响明显，其带宽极限公式为：

其中ρ表示反射系数，λ_max与λ_min分别表示波长的上限和下限，d_i表示不同层的厚度，μ_i表示不同层的相对磁导率。对于非磁性材料，μ_i＝1。

从该极限公式可以看出，要想改善低频段的吸波率就需要大幅度增加介质的厚度。当吸波材料整体厚度受限时，单纯采用多层电阻膜的超材料吸波结构已经很难在低频段取得吸波效果上的突破。

因此，如何制备出厚度薄、低频隐身效果好的超宽带吸波材料已经成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明在基于多层电阻膜的超材料吸波结构的基础上，引入了一薄层磁性吸波材料。在基本不改变吸波结构整体厚度的前提下，借助于该磁性吸波材料良好的低频吸波特性，设计出了低频隐身性能更优的超宽带复合吸波结构。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构，是由五层PET介质衬底、四层电阻膜、四层轻质PMI泡沫、一层磁性吸波材料以及一层金属地交错层叠而成的。其中有四层PET介质作为电阻膜附着的介质衬底，每一层PET介质表面都蚀刻有相应的电阻膜图形。第五层PET介质则覆盖在最上层电阻膜上，对该层电阻膜起到保护作用。每两层电阻膜之间都有一层具备一定强度的轻质PMI泡沫作为支撑。磁性吸波材料置于金属地与底层泡沫之间，用于改善吸波结构的低频吸波特性。分别对四层电阻膜的外形尺寸以及方阻值进行合理的设计优化，使其达到最佳匹配状态，再配合磁性吸波材料的作用，就可以实现复合吸波结构超宽频带的高强吸收。

本发明结合了磁性吸波材料和多层电阻膜两种吸波结构，调和了复合吸波结构在厚度和低频吸波特性之间的矛盾。所设计的新型超材料吸波结构强度高、厚度薄，在1GHz-18GHz的超宽频带内都有良好的吸波效果。

该吸波结构适用于机载/舰载等平台的雷达隐身、微波暗室等对吸波性能有较高要求的场合，具有重要的应用价值。

附图说明

图1是超材料吸波结构单个吸波单元侧视图，

图2是超材料吸波结构单个吸波单元各层电阻膜图形。

图3是磁性吸波材料(4)的反射率曲线。

图4是超材料吸波结构的反射率曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构，包括由多个吸波单元组成的阵列，每个吸波单元的结构如图1所示，由多层PMI泡沫(1)、多层PET介质衬底(2)、多层电阻膜(3(1)-3(4))以及一层磁性吸波材料(4)、一层金属地(5)交替层叠而成；

其中，PMI泡沫(1)共四层；PET介质衬底(2)共五层；多层电阻膜(3(1)-3(4))共四层；所述吸波结构从下至上依次为金属地(5)、磁性吸波材料(4)、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(1))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(2))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(3))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(4))、PET介质衬底(2)；PMI泡沫(1)用于支撑PET介质衬底(2)和电阻膜(3(1)-3(4))，PET介质衬底(2)用于附着和保护电阻膜(3(1)-3(4))，电阻膜(3(1)-3(4))用于实现阻抗匹配和吸波功能，磁性吸波材料(4)用于改善所述吸波结构在低频段的性能。

下面给出本发明的一个具体实施例：

图1中所示超材料吸波结构单元的长宽均为3.8mm，总厚度约为6.5mm。其中四层PMI泡沫1均选用厚1.2mm、相对介电常数为1.15的XK110；五层PET介质衬底2的厚度均为0.125mm，相对介电常数为3.1；电阻膜3(1)-3(4)的具体电阻膜形状如图2所示，电阻膜3(1)-3(4)的方阻值依次为150Ω、220Ω、350Ω和60Ω；磁性吸波材料选用厚1mm的WAT_1mm，其吸波特性如图3所示，可以看出该磁性材料的主要作用频段为1.5GHz-6GHz。

该实施例的反射率曲线如图4中实线所示。将磁性材料替换为同等厚度的PMI泡沫，吸波结构的反射率曲线如图4中虚线所示。可以看出增加了磁性吸波材料的超材料吸波结的吸波特性得到了显著改善。

Claims (1)

1.一种基于磁性吸波材料和多层电阻膜的超材料吸波结构，包括由多个吸波单元组成的阵列，每个吸波单元由多层PMI泡沫(1)、多层PET介质衬底(2)、多层电阻膜(3(1)-3(4))以及一层磁性吸波材料(4)、一层金属地(5)交替层叠而成；

其中，PMI泡沫(1)共四层；PET介质衬底(2)共五层；多层电阻膜(3(1)-3(4))共四层；所述吸波结构从下至上依次为金属地(5)、磁性吸波材料(4)、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(1))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(2))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(3))、PMI泡沫(1)、PET介质衬底(2)、电阻膜(3(4))、PET介质衬底(2)；PMI泡沫(1)用于支撑PET介质衬底(2)和电阻膜(3(1)-3(4))，PET介质衬底(2)用于附着和保护电阻膜(3(1)-3(4))，电阻膜(3(1)-3(4))用于实现阻抗匹配和吸波功能，磁性吸波材料(4)用于改善所述吸波结构在低频段的性能。