CN110048237B - 电可调的x波段吸波材料 - Google Patents

电可调的x波段吸波材料 Download PDF

Info

Publication number
CN110048237B
CN110048237B CN201910368951.7A CN201910368951A CN110048237B CN 110048237 B CN110048237 B CN 110048237B CN 201910368951 A CN201910368951 A CN 201910368951A CN 110048237 B CN110048237 B CN 110048237B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
metal
wire
substrate
absorbing material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910368951.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110048237A (zh
Inventor
包永芳
李从周
左汉平
胡皓全
田径
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201910368951.7A priority Critical patent/CN110048237B/zh
Publication of CN110048237A publication Critical patent/CN110048237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110048237B publication Critical patent/CN110048237B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/002—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems using short elongated elements as dissipative material, e.g. metallic threads or flake-like particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/007—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with means for controlling the absorption

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明提供电可调的X波段吸波材料，包括多个加载有若干可变电容器件的吸波单元结构，任意个吸波单元结构内从上至下依次为介质基板、介质隔离板、金属基板，所述介质基板上布置为金属花纹的周期结构和可变电容器件，金属花纹的周期结构分为两部分，两部分中间为开口，焊接连接可变电容器件。本发明提出的一种基于变容二极管的可调X波段吸波材料用于解决现有吸波材料开关无法调节吸收功能、切换吸收频带中心偏移不明显的问题，实现X波段内开关吸收功能，可在X波段内不同频率吸波。

Description

电可调的X波段吸波材料
技术领域
本发明吸波材料领域，尤其涉及一种电可调的X波段吸波材料。
背景技术
雷达探测技术的日益先进，对吸波材料的要求越来越高，不仅要求吸波材料“薄、轻、宽、强”，而且要求“智能化”，传统的雷达吸波材料一旦制作出来，其电磁特性就已固定，难以满足日益变化的应用需求，如何实现吸波材料反射特性智能改变成为吸波材料研究的热点。
近年来，随着人们对超材料吸波结构的关注度逐渐提高，超材料吸波结构的研究设计越来越多，人们对超材料吸波结构的性能要求也越来越高，常见的宽频带宽角度极化不敏感超材料吸波结构已经无法满足现代通信系统对频率可调谐的超材料吸波结构的需求。目前，频率可调的宽频带超材料吸波结构虽然已取得一定进展，但还需进一步的研究。
目前为止，现有的复合吸波材料多在X波段8～12GHz有较好的吸波效果，如中国专利申请公布号CN103490171A，名称为“一种复合宽频吸波材料”，该发明公开的复合宽频吸波材料包括金属地板、介质板、频率选择表面和基体材料层，频率选择表面和地板分别设于介质板的上下表面，基体材料层涂覆于频率选择表面上，频率选择表面设有若干周期排列的无源谐振单元，无源谐振单元采用耶路撒冷十字型结构，该发明在4.6～14.8GHz频带内反射系数小于-10dB，在一个相对较宽的频带范围内具有良好的吸波特性。但该发明的吸收频率固定，无法在不同的频带切换，也无法选择是否开启吸波功能。
中国专利申请公布号CN105140654A，名称为“频率可调宽带超材料吸波结构”，该发明公开了一种介质基宽带可调超材料吸波体，设计吸波材料以及超材料领域，该发明能通过改变电阻值和电感值的大小，实现宽吸波频带的频率连续可调。该发明吸收频带较宽，但其可调的中心频率变化范围只有其吸收带宽的50％，无法选取X波段内特定的频率进行吸收。
中国专利申请公布号CN102752996A,名称为“频率可调的吸波装置”，该发明通过在吸波超材料上，设置电抗可调节的变抗器件以及用于调节变抗器件的主控单元。可通过主控单元对设置在每个超材料单元上的变抗器件进行控制，进而对每个超材料单元的等效电磁参数进行调节，使吸波超材料对不同频率的入射电磁波均满足阻抗匹配特性和衰减匹配特性，该吸波装置具有较宽的吸波频带和较高的吸波效率，但是实现难度大，对超材料单元本身要求很高，且控制方式复杂，制造成本较高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于电可调的X波段吸波材料，用于解决现有吸波材料吸收频率调整难度大、不能连续调节的问题，实现对X波段内不同频率电磁波吸收。
本发明采用如下技术方案：
电可调的X波段吸波材料，能改变吸波材料的吸收频率，是一种新的加载变容二级管的吸波单元结构。
其中任意一个单元结构，采用介质基板、介质隔离板、金属基板的结构，其从上至下依次为介质基板、介质隔离板、金属基板，其中介质基板上布置为金属花纹的周期结构和可变电容器件，单个吸波单元尺寸为8mm×7.6mm，金属花纹由不同长度的金属丝组成，金属丝宽0.7mm，金属丝开口间隙宽0.7mm，厚度为0.017mm。
所述介质基板，介电常数为4.4，损耗角正切0.025，厚度为2mm，介质隔离板采用芳纶蜂窝纸时，介电常数1.07，损耗角正切0.0024，厚度为1.5mm，最底部为金属基板。
更进一步的是，所述金属花纹的周期结构可以分成对称的两部分，两部分中间为开口，用于焊接可变电容器件(变容二极管)。
更进一步的是，所述金属花纹的周期结构由金属丝短线组成，对金属花纹的任意一部分，可以分为Y方向居中的金属丝短线，Y方向两侧的金属丝短线，X方向靠内侧较粗的金属丝短线和X方向靠外侧的金属丝短线。这样布置金属花纹的周期结构目的是和可变电容器件一起，起到吸波作用。
更进一步的是，Y方向矩阵的金属丝短线，Y方向两侧的金属丝短线，X方向靠内侧较粗的金属丝短线的宽度均为0.7mm，而X方向靠外侧的金属丝短线宽度为0.15mm，并且X方向靠外侧的金属丝短线与另一个单元结构的X方向靠外侧的金属丝短线相连接，使连接后X方向靠外侧金属丝短线宽度也为0.3mm。宽度选择的依据是为了使吸波单元工作在本发明所需的频率。
更进一步的是，介质基板为贴片型频率选择表面，包括衬底和附着于所述衬底上的金属涂覆层，所述衬底采用有机高聚物基底，如FR4等。
更进一步的是，所述金属基板可选用铜、铝材料，所述介质隔离板，采用如薄膜材料或芳纶蜂窝纸材料。
更进一步的是，所用变容二极管可为SMC1231，也可以使用其他型号。
本发明的有益效果：
1.现有技术具有周期排列的无源谐振单元的频率选择表面，可以实现宽带吸收，但无法调节吸收频率。而本发明的吸收模式是精确而便捷的改变变容二极管两端电压，通过改变变容二极管两端电压实现，从而可以得到多种频率的吸收状态。
2.现有技术利用电阻电抗原器件与超材料结合，形成电磁吸波单元，可以通过调节电路特性调整吸收频率，但吸波的中心频率偏移不明显。而本发明根据偏执电压的不同，可以实现多种状态：
a.吸收10-10.5GHz电磁波能量(吸收率大于90％)；
b.吸收10.5-10.8GHz电磁波能量(吸收率大于90％)；
c.吸收10.8-11.2GHz电磁波能量(吸收率大于90％)；
d.吸收11.2-11.5GHz电磁波能量(吸收率大于90％)；
e.吸收11.5-12GHz电磁波能量(吸收率大于90％)。
同时，本发明对电磁波的吸收时，对电磁波入射方向的影响较小。
3.现有技术利用控制单元控制超材料的等效磁导率和电导率来调整超材料表面的吸波频率，可以通过改变超材料的性质吸收频率，但加工困难且成本高昂。而本发明可以使用光刻技术和蚀刻技术制造，制造成本则较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明测试时频率吸收频率变化示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。
如图1所示，本发明的电可调的X波段吸波材料，包括多个加载有若干可变电容器件的吸波单元结构，任意个吸波单元结构内从上至下依次为介质基板1、介质隔离板2、金属基板3，其中介质基板1上布置为金属花纹的周期结构4和可变电容器件5，金属花纹的周期结构4分为两部分，两部分中间为开口，焊接连接可变电容器件5。
本发明进一步的技术方案是，单个吸波单元结构尺寸为8mm×7.6mm。
本发明进一步的技术方案是，所述金属花纹的周期结构4采用金属丝制成，金属丝宽为0.7mm，金属丝开口间歇宽0.7mm，厚度为0.017mm。
本发明进一步的技术方案是，所述金属花纹的周期结构4采用金属丝短线连接构成，金属花纹的周期结构4的任意一部分可拆分为Y方向居中的金属丝短线，Y方向两侧的金属丝短线，X方向靠内侧较粗的金属短线和X方向靠外侧的金属丝短线。
本发明进一步的技术方案是，所述Y方向居中的金属丝短线，Y方向两侧的金属丝短线以及X方向靠内侧较粗的金属丝短线的宽度均为0.7mm，而X方向靠外侧的金属丝短线宽度为0.15mm，并且X方向靠外侧的金属短线与另一个单元结构的X方向靠外侧的金属丝短线相连接，使连接后X方向靠外侧金属丝短线宽度也为0.3mm。
本发明进一步的技术方案是，可变电容器件5为变容二极管，可选择变容二极管SMV1231。
本发明进一步的技术方案是，介质基板1为贴片型频率选择表面，包括衬底和附着于所述衬底上的金属涂覆层，所述衬底采用有机高聚物基底，如FR4等，当选择RF4作为介质板时，介电常数为4.4，损耗角正切0.025，厚度为2mm。
本发明进一步的技术方案是，所述介质隔离板2为薄膜材料或芳纶蜂窝纸材料。
本发明进一步的技术方案是，金属基板3选用铜、铝等材料。
实施例1.
实施例1是直接使用实物在微波暗室中进行了测试。
本发明结构吸波材料层间采用固体胶粘合，形成平整方块测试样品。将激励信号源接到制作的结构吸波材料偏置线上，即构成了完整的可调结构吸波材料。
该吸波结构样品在矢量网络分析仪搭建的微波暗室进行测试，样品的激励信号采用直流信号源，直流偏执电压范围为0-15V，典型直流偏执电压下的反射率曲线如图2所示，可以分为多种不同的吸收模式。
由图2可知，在X波段内，在金属花纹、可变电容、介质基板1、金属基板3、介质隔离板2的共同作用下，吸收电磁波。当电容不变时只有一个吸收频率，电容随直流偏置电压变化时，吸收频率变化，达到可调谐的作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.电可调的X波段吸波材料，其特征在于，包括多个加载有若干可变电容器件的吸波单元结构，任意个吸波单元结构内从上至下依次为介质基板、介质隔离板、金属基板，所述介质基板上布置为金属花纹的周期结构和可变电容器件，金属花纹的金属周期结构分为两部分，两部分中间为开口，焊接连接可变电容器件，可变电容器件为变容二极管；
构成周期结构的吸波单元金属花纹采用金属丝短线连接构成，吸波单元的金属花纹两部分中的任意一部分可拆分为Y方向居中的金属丝短线，Y方向居中两侧的金属丝短线，X方向靠开口并连接Y方向居中两侧的金属丝短线的粗金属丝短线，以及X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接的金属丝短线。
2.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，吸波单元的金属花纹中X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接的金属丝短线长度为7.6mm，且两部分中两个X方向远离开口的金属丝短线间的距离为8mm。
3.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，金属花纹的周期结构采用金属丝材质，两部分开口之间的最短距离为0.7mm，厚度为0.017mm。
4.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，所述Y方向居中的金属丝短线，Y方向居中两侧的金属丝短线以及X方向靠开口并连接Y方向居中两侧的金属丝短线的粗金属丝短线的宽度均为0.7mm，而X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接的金属丝短线为0.15mm，并且X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接的金属丝短线与另一个吸波单元结构的X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接，使连接后X方向远离开口并与Y方向居中的金属丝短线末端连接的金属丝短线宽度也为0.15mm。
5.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，可变电容器件为变容二极管SMV1231。
6.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，介质基板为贴片型频率选择表面，包括衬底和附着于所述衬底上的金属涂覆层，所述衬底采用有机高聚物基底，当选择FR4作为介质基板时，介电常数为4.4，损耗角正切0.025，厚度为2mm。
7.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，所述介质隔离板为薄膜材料或芳纶蜂窝纸材料。
8.根据权利要求1所述的电可调的X波段吸波材料，其特征在于，金属基板选用铜、铝中任意一种材料。
CN201910368951.7A 2019-05-05 2019-05-05 电可调的x波段吸波材料 Expired - Fee Related CN110048237B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910368951.7A CN110048237B (zh) 2019-05-05 2019-05-05 电可调的x波段吸波材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910368951.7A CN110048237B (zh) 2019-05-05 2019-05-05 电可调的x波段吸波材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110048237A CN110048237A (zh) 2019-07-23
CN110048237B true CN110048237B (zh) 2021-01-12

Family

ID=67280704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910368951.7A Expired - Fee Related CN110048237B (zh) 2019-05-05 2019-05-05 电可调的x波段吸波材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110048237B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416742B (zh) * 2019-07-26 2020-12-08 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种轻薄宽频吸波超材料
CN112290224B (zh) * 2020-10-26 2022-02-08 中国人民解放军空军工程大学 一种角度响应可调频率选择表面
CN114236201B (zh) * 2021-12-02 2023-02-17 浙江大学 一种频率可重构全角度完美匹配吸波暗室

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109103603A (zh) * 2018-08-10 2018-12-28 南京邮电大学 基于变容二极管的有源频率选择表面结构
CN109273859A (zh) * 2018-10-17 2019-01-25 哈尔滨工业大学 耦合型宽带有源频率选择表面

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8908251B2 (en) * 2013-01-30 2014-12-09 Hrl Laboratories, Llc Tunable optical metamaterial
CN105161858B (zh) * 2015-10-10 2019-01-29 复旦大学 一种基于可调超表面的圆极化旋向调控器及其设计方法
CN106058478A (zh) * 2016-05-15 2016-10-26 武汉理工大学 一种高低频兼顾的可调谐宽带吸波复合超材料
CN206322851U (zh) * 2016-12-30 2017-07-11 南京航空航天大学 一种并联馈电型多功能有源频率选择表面
CN206596342U (zh) * 2017-03-31 2017-10-27 南京信息工程大学 一种频率可调的微波吸收器
CN109037963B (zh) * 2018-09-12 2021-01-08 电子科技大学 一种频率选择表面的可调x波段吸波材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109103603A (zh) * 2018-08-10 2018-12-28 南京邮电大学 基于变容二极管的有源频率选择表面结构
CN109273859A (zh) * 2018-10-17 2019-01-25 哈尔滨工业大学 耦合型宽带有源频率选择表面

Also Published As

Publication number Publication date
CN110048237A (zh) 2019-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110048237B (zh) 电可调的x波段吸波材料
Wang et al. Tunable frequency-selective rasorber based on varactor-embedded square-loop array
CN110504549B (zh) 基于石墨烯的吸透一体化频率选择表面
Chen et al. Asymmetric coplanar waveguide (ACPW) zeroth-order resonant (ZOR) antenna with high efficiency and bandwidth enhancement
CN207098066U (zh) 基于新型超材料单元结构的透镜天线
EP2491614A1 (en) Metamaterial antenna with mechanical connection
Sen et al. Broadband perfect metamaterial absorber on thin substrate for X-band and Ku-band applications
Han et al. Frequency-selective rasorbers: A view of frequency-selective rasorbers and their application in reducing the radar cross sections of antennas
CN109037963B (zh) 一种频率选择表面的可调x波段吸波材料
Xiu et al. A highly selective rasorber based on second-order resonance
CN111883933B (zh) 一种电调控多波段兼容型智能伪装结构
CN115498422B (zh) 基于afss的可调超宽带多层复合吸波结构
CN112838374A (zh) 一种柔性有源频率选择表面及其控制方法
CN114361806A (zh) 一种小型化吸透一体频率选择表面
CN113644450A (zh) 一种x波段宽带大角度双极化的有源可重构频率选择表面
Li et al. Investigation of leaky-wave antenna with stable wide beam-scanning characteristic
CN111430928B (zh) 一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构
CN110233353B (zh) 一种超材料单元及基于超材料的双层辐射天线装置
CN109037957B (zh) 三维新型宽带吸波式频率选择结构及其应用
Tong et al. Study and realisation of dual-composite right/left-handed coplanar waveguide metamaterial in MMIC technology
Sheng et al. Design of frequency selective rasorber with high in-band transmission and wideband absorption properties
CN204905387U (zh) 带通滤波结构、天线罩及天线系统
Gerafentis et al. Design of tunable millimetre-wave pass-band FSS unit-cell loaded with GaAs air-bridged Schottky diodes
Jin et al. Double periodic composite right/left handed substrate integrated waveguide
Lu et al. Optical-transparent frequency selective surface with wide stopband using indium Tin Oxide

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210112