CN108718005A - 双谐振微波吸收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了双谐振微波吸收器，包括介质基板以及附属在介质基板的一侧金属谐振层和另外一侧的金属地层组成。由第一贴片和多个第二贴片组成金属谐振层，而金属地层的尺寸与单元结构的尺寸相同。金属谐振层可以产生两种工作模式，从而将吸收器的工作带宽展宽。本发明可以在超过19％的工作带宽上，保持对入射电磁波超过90％的吸收率。本发明具有小型化、剖面低、结构简单、且性能稳定，易于集成等优点。

Description

双谐振微波吸收器
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种适用于微波领域的双谐振微波吸收器。
背景技术
雷达作为远距离探测以及通信的重要设备，已经在各国军事领域得到了极大的应用。而为了保护自己装备及仪器等不被探测，隐身技术也被提出与研究，并受到军方的重视。吸波材料作为一种有效的吸收电磁波的手段，可以有效地减少入射电磁波的反射，降低装备被雷达探测的几率，从而增加其生存能力。
而在民用方面，随着手机普及以及无线通信技术的迅速发展，电磁波在日常空间中已经无处不在。而为了降低电磁波对其他电路或者自身电路的影响，避免出现电磁不兼容的情形，也需要配置一些微波吸收器，降低相互影响。
传统的微波吸收材料，主要利用一些涂层对电磁波的衰减进行，或者依靠特定物理结构来实现电磁波无反射。这些形式一方面工作频带较窄，另外其物理结构较大，不利于与其他设备集成。超材料是自然界中不具备的新特性的人工合成材料，其性能是由材料的成分决定。超材料的设计理念是通过改变材料的物理性质以获得新的性能，这与常规材料不同，但其前提并没有违背物理学的基本规律。自这种理论概念被提出以后，这种材料已经引起人们的关注。然而目前设计的一般采用多层谐振结构来实现较好的电磁波吸收率，但这些设计每层的谐振频率都是独立的，无法形成较宽频带的工作特性。同时这些设计物理结构复杂、甚至存在着需要外加电阻等集成元器件等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双谐振微波吸收器及其制作方法，小型化单元尺寸，利于与设备集成，达到结构简单、成本低、吸波特性好等性能。
本发明的实现方案如下：
一种双谐振微波吸收器包括若干个周期分布的单元，每个单元包括单层介质基板，以及附属在介质基板一表面的金属谐振层和另一表面的金属地层；所述的金属谐振层与金属地层由介质基板相隔绝，二者并不相连。
所述的金属谐振层主要由第一贴片和连接在第一贴片边沿的多个第二贴片；由于第二贴片与第一贴片连接，故而可以将工作在中心工作频率的两种电磁模式分离开，从而展宽工作带宽。为扰动第一贴片的谐振模式，且避免太多的第二贴片会破坏第一贴片的谐振频率，第二贴片的数目可以为1～3个。
第一贴片的尺寸大小决定微波吸收器的中心工作频率，尺寸越大其工作频率越低。
第一贴片的中心与第二贴片的中心距离应该保证二者电气相连，避免二者完全重合或者二者之间有缝隙存在。
相邻第二贴片间的距离应避免第二贴片之间电气相连，同时相邻第二贴片间的距离要小于四分之一个波长。
所有第二贴片的尺寸大小对微波吸收器的工作带宽有重要影响。
所述的第一贴片的中心与第一贴片所在介质基板表面的中心重合；
所述的金属地层尺寸大小与介质基板相同。
所述的介质基板其材质可以为FR4，玻璃钢，聚四氟乙烯，陶瓷，玻璃等中的一种或多种组合。
所述的金属谐振层，利用金属材质的第一贴片与第二贴片的特征模式，使较宽频带的电磁信号都可以谐振。其形状可以为圆形组合，方形组合等。
由于设置有第二贴片，本发明吸收器的兼并模式可以分离，从而形成双谐振特性。金属地层可以屏蔽未损耗掉的电磁波，避免它对后面设备的影响。介质基板的材质则决定着微波吸收器的工作波长，它的介电常数和插损的性能对微波吸收器的单元尺寸以及微波吸收效果都有着巨大的影响。
通过分离本发明吸收器的兼并模式，可以在原有单个谐振频率的两边分别实现一个谐振点，且这两个谐振点处的工作模式可以融合，从而展宽其工作频率。
本发明的有益效果是：本发明依靠着由多个第一、第二贴片组合在一起的金属谐振层，产生两种工作模式，有效地形成双谐振特性，从而展宽微波吸收器的工作频带，实现结构简单、成本低、吸波特性好等特性。本发明可以在超过19％的工作带宽上，保持对入射电磁波超过90％的吸收率。本发明具有小型化、剖面低、结构简单、且性能稳定，易于集成等优点。
附图说明
图1是本发明的双谐振微波吸收器的示意图。
图2是本发明的双谐振微波吸收器的等效电路。
图3是本发明的双谐振微波吸收器的吸波性能。
图4是本发明在TE模式下不同入射角度的吸波特性。
图5是本发明在TM模式下不同入射角度的吸波特性。
图6是本发明在第一个谐振点处的电场分布图。
图7是本发明在第二个谐振点处的电场分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的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。
请参见图1、2所示，本实施例所展示的双谐振微波吸收器，主要由金属谐振层(1)包括第一贴片(11)，第二贴片(12)，介质基板(2)和金属地层(3)组成。
作为本发明的实施例的一优化方案，第一贴片(11)位于单元结构的中心位置，而三个第二贴片(12)均布在第一贴片(11)边沿位置，并与第一贴片(11)相连接。作为本发明的一优化方案，第一贴片(11)的半径要大于第二贴片(12)的半径。
图1是本发明实施例的结构图。在本实施例中，金属谐振层(1)由圆形结构的第一贴片(11)，第二贴片(12)构成。而在其他不同场合，其外形轮廓可以为三角形、四边形或者多边形。同时，角落贴片的数目为1～3个。
介质基板(2)的材质可在其他不同场合做相应的变化。其材质可以为空气、聚四氟乙烯等。介质基板(2)的厚度可以根据需要进行调节，一般在0.1～10mm之间。
金属地层(3)印制在介质基板(2)的另外一侧，其尺寸大小与单元结构的尺寸相同。
印制在介质基板(1)一侧的第一贴片(11)，在电磁波入射时可以等效于并联谐振电路，而第二贴片(12)则等效于微扰模块，使得兼并模分离开来，从而谐振两个谐振点，增加吸收器的工作带宽。
图2是双谐振微波吸收器的等效电路。在实际应用时，这种单元结构需要进行周期排布，从而单元之间会产生影响。这种耦合影响可以等效于串联的LC级联电路。而空气可以等效于理想的传输线，介质基板(2)也可以等效于传输线，但由于介质基板存在损耗，因此，需要级联电阻元件进行等效。
本发明的双谐振微波吸收器的金属地层(2)可以作为其他设备的屏蔽层，避免外界电磁波对其影响，降低设备受到干扰的概率。
图3是本发明的双谐振微波吸收器的吸波性能，从电磁仿真和等效电路仿真结果来看，两个吸收峰值代表着两种谐振模式，结构具有较宽的工作带宽，并且完美的吸收特性。其中在超过19％工作带宽上具有超过90％的吸收率。
作为本发明的一具体实施例，介质基板(1)的尺寸为12.6mm×12.6mm×1.0mm。
图4是本发明具体实施例在TE工作模式下，电磁波不同入射角度情况下的吸波特性。从图可以看出，随着入射角度增大，吸波特性曲线的形状几乎保持不变，而曲线最大值逐渐下降。
图5是本发明具体实施例在TM工作模式下，电磁波不同入射角度情况下的吸波特性。其变化规律与TE模式相同。
图6是本发明在第一个谐振点处的电场分布图。吸收器在7.97GHz处的电场呈水平分布特性，且中间弱，上下两边场强能量集中。
图7是本发明在第二个谐振点处的电场分布图。吸收器在8.96GHz处的电场呈垂直分布特性，且中间弱，左右两边场强能量集中。
本发明具体实施例在两个谐振点处的电场分布来看，它们相互垂直正交，从而展宽了吸收器的工作频段。
作为本发明的具体实施例，吸收器利用谐振贴片(1)的不对称性，分离了兼并模，并在两个谐振点上产生正交的电场分布，从而有效地展宽了吸收器的工作频段。
本实施例所揭示一种双谐振微波吸收器的其他性能参数满足使用要求。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.双谐振微波吸收器，其特征在于包括若干个周期分布的单元，每个单元包括单层介质基板、金属谐振层、金属地层；所述的金属谐振层与金属地层由介质基板相隔绝，二者并不相连；
所述的金属谐振层主要由第一贴片和连接在第一贴片边沿的多个第二贴片；由于第二贴片与第一贴片相连接，故而可以将工作在中心工作频率的两种电磁模式分离开，从而展宽工作带宽；
第一贴片的中心与第二贴片的中心距离应该保证二者电气相连，避免二者完全重合或者二者之间有缝隙存在；
相邻第二贴片间的距离应避免第二贴片之间电气相连，同时相邻第二贴片间的距离要小于四分之一个波长；
所述的第一贴片的中心与第一贴片所在介质基板表面的中心重合；
所述的金属地层尺寸大小与介质基板相同；
所述的金属谐振层利用第一贴片、第二贴片的特征模式，使较宽频带的电磁信号均可谐振。
2.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于为扰动第一贴片的谐振模式，且避免太多的第二贴片会破坏第一贴片的谐振频率，第二贴片的数目可以为1～3个。
3.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于第一贴片的尺寸大小可调，用以影响微波吸收器的中心工作频率。
4.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于所有第二贴片的总尺寸大小可调，用以影响微波吸收器的工作带宽。
5.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于所述的介质基板其材质可以为FR4，玻璃钢，聚四氟乙烯，陶瓷，玻璃等中的一种或多种组合。
6.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于介质基板的材质决定着微波吸收器的工作波长，其介电常数和插损的性能影响微波吸收器的单元尺寸以及微波吸收效果。
7.如权利要求1所述的双谐振微波吸收器，其特征在于由于第二贴片的设置，故而可分离吸收器的兼并模式，使得在原有单个谐振频率的两边分别实现一个谐振点，且这两个谐振点处的工作模式可以融合，从而展宽其工作频率。
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