CN109818153B

CN109818153B - 新型单极化三维超宽带吸波体

Info

Publication number: CN109818153B
Application number: CN201910150743.XA
Authority: CN
Inventors: 罗国清; 俞伟良; 俞钰峰; 张晓红; 代喜旺
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: CN109818153A

Abstract

本发明涉及新型单极化三维超宽带吸波体。传统的吸波结构采用二维吸波面的级联实现，虽然能够实现很宽的吸波带，但是一个单元内往往需要用到很多集总电阻，大大的增加了设计成本。本发明采用三维结构，用极少的电阻实现了单极化的超宽带吸波体。本发明包括并联设置的吸波腔A和吸波腔B；吸波腔A由第一、二、三金属面，第一、二介质基片，第一、二、三金属线以及焊接在第二金属线中心的第一电阻组成；吸波腔B由第一、二、三金属面，第一、二金属化过孔，第四金属线以及焊接在第四金属线中心的第二电阻组成。

Description

新型单极化三维超宽带吸波体

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种单极化三维超宽带吸波体,可作为雷达吸收体，用于减少天线的对探测波的反射以及各种电磁测试环境中的电磁波反射。

背景技术

雷达吸波体能够有效缩减目标的雷达散射截面，调控被保护对象的雷达反射特性，有效提升被保护对象的隐蔽能力和生存能力。雷达吸波体在电磁兼容、电磁屏蔽等军用和民用电磁波吸收领域也具有非常广泛的应用前景。目前雷达吸收体主要分为涂覆型和结构型。涂覆型通常由金属或合金粉末、铁氧体粉末、导电纤维等吸波剂与粘合剂混合后形成涂覆层。该种材料基于非谐振式吸波原理，通过调节材料的介电常数以及磁导率等形成对电磁波的吸收，能够实现超薄的吸波体，却很难实现宽带吸波。结构型通常基于金属结构的谐振，并且结合有耗元件达到对特定频段的电磁波的吸收效果。谐振型吸波体相对于涂覆型吸波体具有可观的厚度，但是却可以通过设计多谐振来大大拓宽吸波频带，提升吸收效率。而以往的结构型宽带吸波体往往需要配备较多的集总元件，不仅增加了设计的复杂性和加工难度，还提高了应用成本。因此，设计一款宽吸波带，结构简单，尽可能少的集总元件的吸波体具有特别意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型的单极化超宽带吸波体，该吸波体采用针对不同频段的吸波腔体混合吸波的方式，搭建出三维单极化超宽带吸波体，内部存在两个不同工作原理的吸波腔A和吸波腔B，能够实现超宽带的吸波带，这种吸波体结构简单，易于设计，便于加工，成本低廉。

本发明的三维超宽带吸波体为周期性结构，每个结构单元包括两个吸波腔，分别为吸波腔A和吸波腔B。

所述的吸波腔A和吸波腔B均为周期性分布结构单元，每个单元无缝排布。

所述的吸波腔A由第一、二、三金属面、第一、二介质基片、第一、二、三金属线以及焊接在第二金属线中心的第一电阻组成。

所述的吸波腔B由第一、二、三金属面、第一、二金属化过孔、第四金属线以及焊接在第四金属线中心的第二电阻组成。第四金属线通过第一、二金属化过孔与第一、三金属面相连。

所述的第一、二、三金属面为吸波腔A和吸波腔B的共用金属面。

第一介质基片与第二介质基片上下平行设置，且中间留有空气腔；第一介质基片的上表面铺设第一金属面，第二介质基片的下表面铺设第三金属面；第一介质基片上表面的第一金属面与第二介质基片下表面的第三金属面的相同一侧通过第二金属面连接；在另一侧，第一介质基片的下表面设有第一金属线，第一金属线的一端与第二金属线的一端连接，另一端与其他金属结构无任何电气连接；第二介质基片的上表面设有第三金属线，第三金属线的一端与第二金属线的另一端连接，另一端与其他金属结构无任何电气连接；

第一介质基片与第二介质基片的在x轴向的中点处，z轴正向距离第二金属面d处分别开有第一、二金属化过孔，第四金属线的两端分别与第一、二金属化过孔连接；

所述的第一、二介质基片完全相同。

吸波腔A与吸波腔B为并联设置，并且两个吸波腔体对应的金属线在x轴方向上相互错开，错开的距离对于总体性能的影响不大，仅仅便于调节腔体B在z轴方向上的厚度以及第一、三金属线在z轴方向上的长度。

本发明可通过改变结构的长度L，高度H和宽度b，第一、二介质基片的厚度t及其相对介电常数ε_r，第一、三金属线的长度l₁，第一、二、三金属线的宽度w₁，吸波腔B的厚度d，第四金属线的宽度w₂，以及金属化过孔的直径D，集总电阻(即第一电阻、第二电阻)的阻值R₁和R₂等结构参数对吸波带的带宽以及吸波效率进行综合调控。

具体工作原理：当全频段的电磁波射入结构表面，吸波腔A对不同频率的电磁波会产生不同的频率响应。当吸波腔A相对于入射电磁波工作在四分之一波长和四分之三波长时，其对该频段的电磁波呈现吸波特性；而相对于入射电磁波工作在二分之一波长时，对吸波腔A对该频段的电磁波呈现全反射特性，但是由于吸波腔B的存在，使得两个腔体对该频段电磁波的综合频率响应特性呈现为吸波特性，由吸波腔A和吸波腔B所产生的三个吸波带的存在使该吸波体获得了极宽的吸波带。由于该结构只对于电场平行于y轴方向的电磁波呈现吸波特性，因此该结构为单极化结构。

本发明的目的是提供上述三维单极化超宽带吸波体，用于军事应用的雷达散射截面的减小或者民用的电磁测试场合。

单极化三维超宽带吸波体具有以下优点：

(1)该单极化三维超宽带吸波体在非常宽的频段带内吸收入射的电磁波；(2)该单极化三维超宽带吸波体制作简单，整个结构仅用PCB工艺就可以实现，并且结构非常轻巧；(3)该单极化三维超宽带吸波体一个单元内只用了两个集总电阻，大大的缩减了设计成本和设计的复杂度。

附图说明

图1是本发明的三维单元结构示意图；

图2是本发明的三维单元结构正视图；

图3是本发明的三维单元结构左侧视图；

图4、图5是本发明的三维单元结构的结构标注图；

图6是本发明的三维单元结构吸波腔体工作示意图；

图7是本发明的S参数仿真图；

图8是本发明的吸波率仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

本发明的新型单极化三维超宽带吸波体为周期性结构，每个单元结构如图1所示。

如图1，2，3所示，单元结构主要可分为吸波腔A和吸波腔B。吸波腔A由第一金属面1，第二金属面3和第三金属面5，第一介质基片2和第二介质基片4，第一金属线10，第二金属线11和第三金属线13以及焊接于第二金属线中心的第一电阻12组成。吸波腔B由第一金属面1，第二金属面3和第三金属面5，第一金属化过孔6和第二金属化过孔9，第四金属线8及其焊接于其中心的第二电阻7组成。

具体结构参数如图4，图5所示：

其中L为单元结构的总长度，H为单元高度，b为单元宽度。t为第一介质基板2和第二介质基板4的厚度，ε_r为第一、二介质基板的介电常数，w₁为第一金属线10、第二金属线11和第三金属线13的宽度，l₁为第一金属线10和第二金属线11的长度，R₁为第二金属线11上的第一电阻12的电阻值，w₂为第四金属线8的宽度，R₂为第四金属线8上焊接的第二电阻7的电阻值，D和d分别为第一金属化过孔6和第二金属化过孔9的直径和其距离第二金属面3的距离。

图6是本发明的三维单元结构吸波腔体工作示意图；

图7和图8为该单极化三维超宽带吸波体的仿真结果。图7的仿真结果表明该结构具有非常宽的吸波带，吸波带从1.81GHz到13.1GHz，相对带宽达到151.4％。上述仿真结果表明该单极化三维超宽带吸波体在吸波带内的吸波效率均在90％以上，吸波效果非常好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.单极化三维超宽带吸波体，为周期性结构，其特征在于每个结构单元包括并联设置的吸波腔A和吸波腔B；

所述的吸波腔A和吸波腔B均为周期性分布结构单元，每个单元无缝排布；

所述的吸波腔A由第一、二、三金属面，第一、二介质基片，第一、二、三金属线以及焊接在第二金属线中心的第一电阻组成；

所述的吸波腔B由第一、二、三金属面，第一、二金属化过孔，第四金属线以及焊接在第四金属线中心的第二电阻组成；

所述的第一、二、三金属面为吸波腔A和吸波腔B的共用金属面；

第一介质基片与第二介质基片的在x轴向的中点处，z轴向距离第二金属面d处分别开有第一、二金属化过孔，第四金属线的两端分别与第一、二金属化过孔连接；

所述的第一、二介质基片完全相同；

吸波腔A与吸波腔B对应的金属线在x轴方向上相互错开。

2.如权利要求1所述的单极化三维超宽带吸波体，其特征在于第四金属线与第二金属面的距离为吸波腔B的厚度。

3.如权利要求1所述的单极化三维超宽带吸波体，其特征在于只对于电场平行于y轴方向的电磁波呈现吸波特性。

4.如权利要求1至3中任一所述的单极化三维超宽带吸波体，其特征在于用于军事应用的雷达散射截面的减小或者民用的电磁测试场合。