CN108134213B

CN108134213B - 宽频段复合吸波器及其应用

Info

Publication number: CN108134213B
Application number: CN201711418130.7A
Authority: CN
Inventors: 夏云; 王俊鹏; 尹生; 何惊华
Original assignee: Aerospace Science And Industry Wuhan Magnetism Electron Co ltd
Current assignee: Aerospace Science And Industry Wuhan Magnetism Electron Co ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108134213A

Abstract

本发明涉及一种宽频段复合吸波器及其应用，属于吸波器领域。该宽频段复合吸波器包括反射层、介质层、超表面层和多层经渗碳处理得到的泡沫层。介质层设置于反射层的一侧表面，超表面层设置于介质层的远离反射层的一侧表面，多层泡沫层均依次设置于超表面层的远离介质层的一侧。通过将上述结构结合，可以兼顾雷达波波段高低频段，使在雷达波波段的整体反射率低于‑10dB，有利于降低构件的整体RCS。同时宽频段复合吸波器使用的复合材料质量轻且强度高，可弥补传统吸收剂重量大的缺点。上述宽频段复合吸波器结构简单且性能优异，将其用于隐身装置中，吸波性能好。

Description

宽频段复合吸波器及其应用

技术领域

本发明涉及吸波器领域，且特别涉及一种宽频段复合吸波器及其应用。

背景技术

随着科技的发展以及隐身技术在军事上的重要应用，吸波材料在民用和军事领域受到全世界的关注，而传统的吸收剂型吸波材料由于重量的原因在使用上受到许多限制，采用结构型吸波材料，轻质且力学性能优异，以自身的优点成为吸波领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种宽频段复合吸波器，该宽频段复合吸波器结构简单且使用效果佳，通过将渗碳泡沫层与超表面层、反射层及介质层结合，可以兼顾雷达波波段高低频段，使在雷达波波段的整体反射率低于-10dB，有利于降低构件的整体RCS(雷达散射截面积)。

本发明的目的之二在于提供一种上述宽频段复合吸波器的应用，将其用于隐身装置中，吸波性能较佳。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明实施例提出一种宽频段复合吸波器，包括反射层、介质层、超表面层和多层经渗碳处理得到的泡沫层。

介质层设置于反射层的一侧表面，超表面层设置于介质层的远离反射层的一侧表面，多层泡沫层均依次设置于超表面层的远离介质层的一侧。

优选地，反射层为碳纤维布层。

优选地，介质层和多层泡沫层均为PMI泡沫层。

优选地，超表面层为导电金属层。

更优选地，导电金属层所用的导电金属包括金、银和铜中的任意一种。

进一步地，在本发明较佳实施例中，多层泡沫层沿靠近超表面层到远离超表面层的方向依次包括第一泡沫层、第二泡沫层、第三泡沫层、第四泡沫层、第五泡沫层和第六泡沫层。

进一步地，在本发明较佳实施例中，第一泡沫层至第六泡沫层的厚度依次为7-9mm、7-9mm、7-9mm、5-7mm、5-7mm和5-7mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，第一泡沫层至第六泡沫层的渗碳浓度由0.9wt％等梯度降低至0.4wt％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，反射层的厚度为0.4-0.6mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，介质层的厚度为1.5-2.5mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，超表面层具有单元结构，单元结构包括在同一水平面上沿顺时针方向依次间隔设置的第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块。

优选地，第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块均为正方形导电金属块。

优选地，第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块的边长依次为8-10mm、5-7mm、3-5mm和5-7mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，超表面层的单元结构为正方形结构，超表面层的单元结构的边长为19-21mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，超表面层的厚度为0.1-0.2mm。本发明实施例还提出一种上述宽频段复合吸波器的应用，例如可将其用于隐身装置中。

本发明较佳实施例提供的宽频段复合吸波器及其应用的有益效果是：

宽频段复合吸波器通过设置不同浓度的渗碳PMI泡沫层，可在宽频段范围内吸收电磁波，降低电磁波的反射率，将其与超材料(超表面层、反射层及介质层)结合，可在低频(0.5-2GHz)起到很好的吸收作用，在宽频范围内对电磁波的反射在-10dB以下。

将上述宽频段复合吸波器用于隐身装置中，可减少吸波装置对电磁波的反射，降低整体RCS。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中宽频段复合吸波器的结构示意图；

图2为本发明实施例1中宽频段复合吸波器的超表面层的单元结构的结构示意图；

图3为本发明试验例中宽频段复合吸波器在具有超表面层和不含超表面层的条件下的低频(1-2GHz)吸收率试验结果图；

图4为本发明试验例中宽频段复合吸波器在雷达波波段的吸波性试验结果图。

图标：10-宽频段复合吸波器；110-泡沫层；111-第六泡沫层；112-第五泡沫层；113-第四泡沫层；114-第三泡沫层；115-第二泡沫层；116-第一泡沫层；120-超表面层；121-第一导电金块；123-第二导电金块；125-第三导电金块；127-第四导电金块；130-介质层；140-反射层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“垂直”等术语并不表示要求部件绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明实施例的宽频段复合吸波器及其应用器进行具体说明。

本发明实施例提供的宽频段复合吸波器包括反射层、介质层、超表面层和多层经渗碳处理得到的泡沫层。

优选地，上述反射层为碳纤维布层。因碳纤维布具有柔性，鉴于此，可根据实际需要实现将整个宽频段复合吸波器做成弧形或其它非平板形状，拓宽宽频段复合吸波器的适用范围。此外，通过采用碳纤维布作为反射层的制作原料，可提高反射层与胶膜等树脂的结合力，从而防止发生脱落、分裂以及变形。

作为可选地，上述反射层的厚度例如可以为0.4-0.6mm。在此厚度下，有利于在宽频段内对电磁波全反射。

较佳地，本发明实施例中的介质层为PMI泡沫层，PMI泡沫轻质且强度高，力学性能优异，介电参数小，电磁性能稳定且耐热性好，将其作为材料可以在减轻构件的整体重量的同时，保持力学性能较好。

作为可选地，上述介质层的厚度例如可以为1.5-2.5mm。在此厚度下，有利于形成低频共振。

较佳地，本发明实施例中的超表面层为导电金属层。作为可选地，导电金属层所用的导电金属包括金、银和铜中的任意一种，优选为铜。作为可选地，上述超表面层的厚度例如可以为0.1-0.2mm。

通过设置对低频的电磁波吸收效果较好的超表面层，可使得宽频段复合吸波器在0.5-2GHZ处的吸收效果大幅提高，弥补介质层所具有的低频性能不足的缺点，使宽频段复合吸波器的整体反射率降低至-10dB以下。

作为可选地，本发明实施例中的超表面层具有单元结构，该单元结构包括在同一水平面上沿顺时针方向依次间隔设置的第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块。四个导电金属块之间的空隙即为空气。优选地，上述单元结构为正方形结构。超表面层的单元结构的边长例如可以为19-21mm。

优选地，上述第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块均为正方形导电金属块。

可选地，上述第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块的边长依次为8-10mm、5-7mm、3-5mm和5-7mm。通过设置4个尺寸不同的导电金属块，可使导电金属块发生不同的共振耦合，拓宽吸波频段。导电金属块的尺寸不同，其对应影响的吸波频段也不同。结合本发明实施例中超表面层的厚度，将导电金属块的尺寸分别设置为上述4个长度范围，可使宽频段复合吸波器具有最优的吸波效果。

较佳地，本发明实施例中的多层经渗碳处理得到泡沫层为PMI泡沫层，可与介质层协同降低宽频段复合吸波器的重量，使其较传统吸波器的重量明显更轻。

较佳地，本发明实施例中的多层泡沫层沿靠近超表面层到远离超表面层的方向依次包括第一泡沫层、第二泡沫层、第三泡沫层、第四泡沫层、第五泡沫层和第六泡沫层。

第一泡沫层至第六泡沫层的渗碳浓度由0.9wt％等梯度降低至0.4wt％，也即第一泡沫层至第六泡沫层的渗碳浓度分别依次为0.9wt％、0.8wt％、0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％和0.4wt％。

本发明实施例中将渗碳浓度从0.9wt％降到0.4wt％是按照阻抗匹配原理，将电磁波引入多层泡沫层进行损耗。第六泡沫层的渗碳浓度为0.4wt％，其介电参数较小，与空气的介电参数差异最小，也即与空气阻抗匹配度最高，对电磁波反射小，有利于电磁波进入多层泡沫层中进行损耗。

为了将电磁波损耗在不同的频段，结合阻抗匹配原理，本发明实施例中的渗碳浓度第六泡沫层到第一泡沫层逐渐递增，也即从远离超表面层的一侧至靠近超表面层的一侧逐渐递增，可降低宽频段复合吸波器对电磁波的反射。通过上述渗碳浓度的设置，可避免渗碳浓度过低对电磁波损耗作用小，以及渗碳浓度过高，对电磁波产生全反射。

作为可选地，上述第一泡沫层至第六泡沫层的厚度例如可以依次为7-9mm、7-9mm、7-9mm、5-7mm、5-7mm和5-7mm。本发明实施例中六层泡沫层的厚度范围是结合多层泡沫层的渗碳浓度所确定的。厚度过薄，对应频段的电磁波损耗作用小；厚度过厚，则会增加宽频段复合吸波器整体的厚度。六层泡沫层按此厚度范围进行复合，能同时有效地提高电磁波的损耗效果并降低电磁波的反射。

承上，本发明实施例中的宽频段复合吸波器通过设置不同浓度的渗碳PMI泡沫层，可在宽频段范围内吸收电磁波，降低电磁波的反射率，通过将渗碳泡沫层与超表面层、反射层及介质层结合，可在低频(0.5-2GHz)起到很好的吸收作用，并在宽频范围内对电磁波的反射在-10dB以下。

此外，本发明实施例还提供了一种上述宽频段复合吸波器的应用，例如可将其用于隐身装置中，从而减少隐身装置对电磁波的反射，降低整体RCS。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

请一并参照图1与图2，本实施例提供一种宽频段复合吸波器10，其包括反射层140、介质层130、超表面层120和多层经渗碳处理得到的泡沫层110。

反射层140为厚度为0.4mm的碳纤维布层。

介质层130设置于反射层140的一侧表面，介质层130为厚度为1.5mm的PMI泡沫层110。

超表面层120设置于介质层130的远离反射层140的一侧表面，多层泡沫层110均依次设置于超表面层120的远离介质层130的一侧。

超表面层120为厚度为0.1mm的导电金层。超表面层120的正方形单元结构包括沿顺时针方向依次间隔设置的第一导电金块121、第二导电金块123、第三导电金块125和第四导电金块127。图2中的阴影部分即为4个导电金块。

第一导电金块121为边长为8mm的正方形导电金块，第二导电金块123为边长为5mm的正方形导电金块，第三导电金块125为边长为3mm的正方形导电金块，第四导电金块127为边长为5mm的正方形导电金块。四个导电金块之间为空气。

多层泡沫层110沿靠近超表面层120到远离超表面层120的方向依次包括第一泡沫层116、第二泡沫层115、第三泡沫层114、第四泡沫层113、第五泡沫层112和第六泡沫层111。

第一泡沫层116至第六泡沫层111的渗碳浓度分别依次为0.9wt％、0.8wt％、0.7wt％、0.6wt％、0.5wt％和0.4wt％。第一泡沫层116至第六泡沫层111的厚度依次为7mm、7mm、7mm、5mm、5mm和5mm。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：反射层为厚度为0.6mm的碳纤维布层。

介质层为厚度为2.5mm的PMI泡沫层。

超表面层为厚度为0.2mm的导电银层。第一导电银块为边长为10mm的正方形导电银块，第二导电银块为边长为7mm的正方形导电银块，第三导电银块为边长为5mm的正方形导电银块，第四导电银块为边长为7mm的正方形导电银块。

第一泡沫层至第六泡沫层的厚度依次为9mm、9mm、9mm、7mm、7mm和7mm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：反射层为厚度为0.5mm的碳纤维布层。

介质层为厚度为2mm的PMI泡沫层。

超表面层为厚度为0.15mm的导电铜层。第一导电铜块为边长为9mm的正方形导电铜块，第二导电铜块为边长为6mm的正方形导电铜块，第三导电铜块为边长为4mm的正方形导电铜块，第四导电铜块为边长为6mm的正方形导电铜块。

第一泡沫层至第六泡沫层的厚度依次为8mm、8mm、8mm、6mm、6mm和6mm。

实施例4

本实施例提供一种上述实施例1-3所得的宽频段复合吸波器的应用，也即将其用于天线罩中。

试验例

以实施例3的宽频段复合吸波器为例，对其在具有超表面层和不含超表面层的条件下进行低频(1-2GHz)吸收率试验，其结果如图3。此外，对实施例3的宽频段复合吸波器在雷达波波段的吸波性能进行试验，其结果如图4所示。

图3中横坐标代表频率，纵坐标代表是反射率。有明显两条折线段的代表不含超表面层的宽频段复合吸波器，另一条则代表含有超表面层的宽频段复合吸波器。由图3可以看出宽频段复合吸波器的具有超表面层和不含超表面层，在低频范围内，不含超表面层的宽频段复合吸波器的反射率只有-9dB，但是在宽频段复合吸波器中引入超表面层后，反射率降到-12dB以下，极大的改善了宽频段复合吸波器的低频吸波效果。

图4中横坐标代表频率，纵坐标代表是反射率。由图4可以看出，在雷达波波段范围内，超表面层与渗碳泡沫层结合使用后，宽频段复合吸波器的整体吸收性能优异，全雷达波频段反射率小于-10dB。

综上，本发明提供的宽频段复合吸波器通过设置不同浓度的渗碳PMI泡沫层，可在宽频段范围内吸收电磁波，降低电磁波的反射率，超表面层可在低频(0.5-2GHz)起到很好的吸收作用，两者结合起来在宽频范围内对电磁波的反射在-10dB以下。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种宽频段复合吸波器，其特征在于，包括反射层、介质层、超表面层和多层经渗碳处理得到的泡沫层；

所述介质层设置于所述反射层的一侧表面，所述超表面层设置于所述介质层的远离所述反射层的一侧表面，多层所述泡沫层均依次设置于所述超表面层的远离所述介质层的一侧；

所述反射层为碳纤维布层；

所述介质层和多层所述泡沫层均为PMI泡沫层；

所述超表面层为导电金属层；

所述导电金属层所用的导电金属包括金、银和铜中的任意一种；

多层所述泡沫层沿靠近所述超表面层到远离所述超表面层的方向依次包括第一泡沫层、第二泡沫层、第三泡沫层、第四泡沫层、第五泡沫层和第六泡沫层；

所述第一泡沫层至所述第六泡沫层的厚度依次为7-9mm、7-9mm、7-9mm、5-7mm、5-7mm和5-7mm；

所述第一泡沫层至所述第六泡沫层的渗碳浓度由0.9wt％等梯度降低至0.4wt％。

2.根据权利要求1所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述反射层的厚度为0.4-0.6mm。

3.根据权利要求1所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述介质层的厚度为1.5-2.5mm。

4.根据权利要求1所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述超表面层具有单元结构，所述单元结构包括在同一水平面上沿顺时针方向依次间隔设置的第一导电金属块、第二导电金属块、第三导电金属块和第四导电金属块；

所述第一导电金属块、所述第二导电金属块、所述第三导电金属块和所述第四导电金属块均为正方形导电金属块；

所述第一导电金属块、所述第二导电金属块、所述第三导电金属块和所述第四导电金属块的边长依次为8-10mm、5-7mm、3-5mm和5-7mm。

5.根据权利要求4所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述超表面层的所述单元结构为正方形结构，所述超表面层的所述单元结构的边长为19-21mm。

6.根据权利要求1所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述超表面层的厚度为0.1-0.2mm。

7.根据权利要求1-5任一项所述的宽频段复合吸波器，其特征在于，所述宽频段复合吸波器应用于隐身装置中。