CN110380228A - 一种基于无反射滤波器原理的吸波器件 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，所述基于无反射滤波器的吸波器件由至少一个叠加设置的吸波结构构成，所述基于无反射滤波器的吸波器件可实现无反射带阻滤波特性，即所述基于无反射滤波器的吸波器件具有对特定频率的电磁波无反射吸收，而对特定频率之外的电磁波完全透过的特性；另外，所述基于无反射滤波器原理的吸波器件具有单个吸波结构即可实现吸收特定波长的电磁波的目的，当吸波结构为多层时可以实现多频带、宽带电磁波的吸收，且理论上每层吸波结构之间无电磁相互作用，在电磁性能上各自独立，无厚度限制，即所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的吸波效果与厚度无关。

Description

一种基于无反射滤波器原理的吸波器件
技术领域
本申请涉及吸波材料技术领域，更具体地说，涉及一种基于无反射滤波器原理的吸波器件。
背景技术
吸波材料，是指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量的一类材料，广泛用于降低雷达散射截面、电磁干扰和实现“隐形”等目的。
2008年，Landy等首先提出基于超材料的完美吸收器。利用开口环、短截线和有耗介质层构成电磁吸波体，使入射到超材料的特定频率电磁波不产生反射和透射，实现对特定频率电磁波的完美吸收(Landy N I，Sajuyigbe S，Mock J J，et al.Perfectmetamaterial absorber[J].PhysicalReview Letters，2008，100(20):207402.)。
早期的超材料吸波体是由不同形式的电谐振单元、有耗介质层以及金属背板等构成的周期性阵列，具有窄带、多频带或一定宽频带的吸波功能。但这些结构的带宽、厚度及吸收率受制于Roanov关系式(Rozanov K N.Ultimate thickness to bandwidth ratio ofradar absorbers[J].Antennas&Propagation IEEE Transactions on，2000，48(8):1230-1234.)的限制，很难以较薄的厚度同时实现宽带、高效的吸波。例如，典型的2～18GHz频带内RCS减缩皆大于15dB的吸波材料厚度一般为3cm～4cm。传统吸波材料的吸波性能不仅取决于单层或多层电路结构，还依赖于具有一定特征阻抗、不同厚度的介质层。依据微波传输线理论，很难实现吸波频段不相关、厚度超薄的吸波结构。
传统吸波材料均覆盖在金属背板之上，以消除导体表面的反射。金属背板的存在决定了吸波材料的电磁特性。如果需要隐身的目标是金属物体(如飞机，坦克等)，则金属板的存在基本没有影响。在某些情况下，可能需要“独立”的吸收层，即可以吸收特定频率范围内的电磁波，但同时允许其它频率的透过(例如，隐身的传感器及光学透明微波吸收体等)，此时金属板的存在限制了此类功能的实现。此外，随着材料技术的迅速发展，新型的非金属材料开始用于替代大型物体的大部分金属部件。在涉及非金属物体的隐身应用中，带金属背板的吸波材料在吸波频段可以正常工作，表现出较低的可观察性。但是在吸波频段外会增大隐身物体的雷达散射截面，使其可观察性增强。
因此，有必要提供一种无需金属背板的吸波器件。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，以实现提供一种无需金属背板即可实现吸波功能的吸波器件的目的，并且所述基于无反射滤波器原理的吸波器件具有单层吸波结构即可实现吸收特定波长的电磁波的目的，当吸波结构为多层时可以实现多频带、宽带电磁波的吸收，且所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的吸波效果与厚度无关。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，包括：至少一个叠加设置的吸波结构；相邻所述吸波结构之间设置有隔离层；
所述吸波结构包括：基板；所述基板为非金属介质基板，包括相背设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面，由多个第一吸波单元构成的第一金属层；
位于所述第二表面，由多个第二吸波单元构成的第二金属层；
所述第一金属层和第二金属层均为由十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构构成的左右对称且上下对称的图形；
多个所述第一吸波单元和多个第二吸波单元构成了多个等效吸波电路，所述等效吸波电路包括第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路，所述第一RLC支路依次与第一LC支路并联，并与第二RLC支路串联，所述第一RLC支路远离所述第二RLC支路的一端作为所述等效吸波电路的第一端口，所述第二RLC支路远离所述第一RLC支路一端作为所述等效吸波电路的第二端口；
第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处，且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同。
可选的，所述第一吸波单元包括：一个十字金属结构、两个圆环金属结构、两个方环金属结构、四个四分之一十字金属结构、四个第一类二分之一方环金属结构、四个二分之一圆环金属结构、四个第一类预设电阻和八个第二类预设电阻；其中，
一个十字金属结构位于中心区域，所述十字金属结构的一对相对设置的端点分别连接一个圆环金属结构，另一对相对设置的端点分别连接一个方环金属结构；四个所述第一类预设电阻分别设置于位于中心区域的十字金属结构的四个金属臂上；位于中心区域的十字金属结构和与其连接的圆环金属结构、方环金属结构和预设电阻构成一个所述等效吸波电路；
四个四分之一十字金属结构分别设置于所述第一吸波单元的四个角落区域中，每个所述四分之一十字金属结构沿水平方向延伸的金属臂连接一个所述第一类二分之一方环金属结构，每个所述四分之一十字金属结构沿竖直方向延伸的金属臂连接一个第一类二分之一圆环金属结构，每个所述四分之一十字金属结构的两个金属臂上分别设置有一个所述第二类预设电阻；位于角落区域的四分之一十字金属结构、第一类二分之一方环金属结构、第一类二分之一圆环金属结构和第二类预设电阻和与所述第一吸波单元相邻的三个第一吸波单元位于角落区域的结构共同构成一个所述等效吸波电路；
所述第二类预设电阻的电阻值是所述第一类预设电阻的电阻值的两倍。
可选的，所述四分之一十字金属结构为沿一个完整的十字金属结构的水平方向中线和竖直方向中线分割后的十字金属结构；
所述第一类二分之一方环金属结构为对一个完整的方环金属结构沿水平方向对半分割后的方环金属结构；
所述第一类二分之一圆环金属结构为对一个完整的圆环金属结构沿竖直方向对半分割后的圆环金属结构。
可选的，所述第二吸波单元包括：四个二分之一十字金属结构、两个方环金属结构、两个圆环金属结构、四个第二类二分之一方环金属结构、四个第二类二分之一圆环金属结构、四个第一类预设电阻和八个第二类预设电阻；其中，
四个所述二分之一十字金属结构分别位于所述第二吸波单元的四条边的中点区域，位于所述第二吸波单元竖直方向的两条边上的二分之一十字金属结构沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻，且分别连接一个方环金属结构，沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第二类预设电阻，且分别连接一个第二类二分之一圆环金属结构；位于所述第二吸波单元水平方向的两条边上的二分之一十字金属结构沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻，且分别连接一个圆环金属结构，沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置有一个第二类预设电阻，且分别连接一个第二类二分之一方环金属结构；
位于所述第二吸波单元的每条边上的二分之一十字金属结构，和与其连接的结构与相邻的第二吸波单元的二分之一十字金属结构和与其连接的结构共同构成一个所述等效吸波电路。
可选的，所述二分之一十字金属结构为对一个完整的十字金属结构沿水平方向对半分割后的十字金属结构；
所述第二类二分之一方环金属结构为对一个完整的方环金属结构沿竖直方向对半分割后的方环金属结构；
所述第二类二分之一圆环金属结构为对一个完整的圆环金属结构沿水平方向对半分割后的圆环金属结构。
可选的，所述第一吸波单元和第二吸波单元中的预设电阻构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电阻；
所述第一吸波单元和第二吸波单元中的十字金属结构的金属臂的等效电感构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电感；
相邻所述第一吸波单元的方环金属结构/圆环金属结构的耦合电容构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电容；
相对设置的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电感作为所述第一LC支路中的电感；
相对设置的的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电容作为所述第一LC支路中的电容。
可选的，所述隔离层为泡沫层。
可选的，叠加设置的吸波结构中的第一金属层中的十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构的参数不完全相同；
叠加设置的吸波结构中的第二金属层中的十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构的参数不完全相同。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，所述基于无反射滤波器的吸波器件由至少一个叠加设置的吸波结构构成，所述吸波结构的基板为非金属介质基板，其第一表面和第二表面分别设置了第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层上分别由十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构构成了多个等效吸波电路，该等效吸波电路的第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处，且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同；这使得在输入的电磁波频率在所述中心工作频率处附近时，第一LC支路表现为高阻态，等效吸波电路从中间断开，而第一RLC支路和第二RLC支路的阻抗等于所述等效吸波电路的输入阻抗，此时，从所述第一端口和第二端口输入的电磁波能量均能完全被吸收。而在输入的电磁波的频率远离所述中心工作频率时，第一LC支路的等效阻抗迅速减小至趋于0的状态，而第一RLC支路和第二RLC支路的等效阻抗迅速增大至数十倍于等效吸波电路的输入阻抗，此时从第一端口入射的电磁波可以完全到达第二端口出射，从第二端口入射的电磁波也可以完全到达第一端口出射，因此，所述基于无反射滤波器的吸波器件可实现无反射带阻滤波特性，即所述基于无反射滤波器的吸波器件具有对特定频率的电磁波无反射吸收，而对特定频率之外的电磁波完全透过的特性；
另外，所述基于无反射滤波器原理的吸波器件具有单个吸波结构即可实现吸收特定波长的电磁波的目的，当吸波结构为多层时可以实现多频带、宽带电磁波的吸收，且理论上每层吸波结构之间无电磁相互作用，在电磁性能上各自独立，无厚度限制，即所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的吸波效果与厚度无关。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种基于无反射滤波器原理的吸波器件的剖面结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的等效吸波电路的结构示意图；
图3为本申请的一个实施例提供的一种第一吸波单元的结构示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种第二吸波单元的结构示意图；
图5为本申请的一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图；
图6为本申请的一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第二端口到第一端口垂直入射的反射和透射系数图；
图7为本申请的另一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图；
图8为本申请的另一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第二端口到第一端口垂直入射的反射和透射系数图；
图9为本申请的另一个实施例提供的一种基于无反射滤波器原理的吸波器件的剖面结构示意图；
图10为本申请的又一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图；
图11为本申请的又一个实施例提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第二端口到第一端口垂直入射的反射和透射系数图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，如图1和图2所示，包括：至少一个叠加设置的吸波结构100；相邻所述吸波结构100之间设置有隔离层；
所述吸波结构100包括：基板20；所述基板20为非金属介质基板，包括相背设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面，由多个第一吸波单元构成的第一金属层10；
位于所述第二表面，由多个第二吸波单元构成的第二金属层30；
所述第一金属层10和第二金属层30均为由十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构构成的左右对称且上下对称的图形；
多个所述第一吸波单元和多个第二吸波单元构成了多个等效吸波电路，所述等效吸波电路包括第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路，所述第一RLC支路依次与第一LC支路并联，并与第二RLC支路串联，所述第一RLC支路远离所述第二RLC支路的一端作为所述等效吸波电路的第一端口，所述第二RLC支路远离所述第一RLC支路一端作为所述等效吸波电路的第二端口；
第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处，且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同。
图1为所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的剖面结构示意图，图2为所述等效吸波电路的电路结构示意图。
可选的，所述第一吸波单元和第二吸波单元中的预设电阻构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电阻R；
所述第一吸波单元和第二吸波单元中的十字金属结构的金属臂的等效电感构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电感LP；
相邻所述第一吸波单元的方环金属结构/圆环金属结构的耦合电容构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电容CP；
相对设置的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电感作为所述第一LC支路中的电感LS；
相对设置的的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电容作为所述第一LC支路中的电容CS。
图2中的Z0表示所述等效吸波电路的输入阻抗，在本实施例中，等效吸波电路的第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处f0，即有其中，LP、CP分别表示第一RLC支路和第二RLC支路中的电感值和电容值，LS、CS分别表示第一LC支路中的电感值和电容值；且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同，即R＝Z0；这使得在输入的电磁波频率在所述中心工作频率处附近时，第一LC支路表现为高阻态，等效吸波电路从中间断开，而第一RLC支路和第二RLC支路的阻抗等于所述等效吸波电路的输入阻抗，此时，从所述第一端口和第二端口输入的电磁波能量均能完全被吸收。而在输入的电磁波的频率远离所述中心工作频率时，第一LC支路的等效阻抗迅速减小至趋于0的状态，而第一RLC支路和第二RLC支路的等效阻抗迅速增大至数十倍于等效吸波电路的输入阻抗，此时从第一端口入射的电磁波可以完全到达第二端口出射，从第二端口入射的电磁波也可以完全到达第一端口出射，因此，所述基于无反射滤波器的吸波器件可实现无反射带阻滤波特性，即所述基于无反射滤波器的吸波器件具有对特定频率的电磁波无反射吸收，而对特定频率之外的电磁波完全透过的特性；
另外，所述基于无反射滤波器原理的吸波器件具有单个吸波结构100即可实现吸收特定波长的电磁波的目的，当吸波结构100为多层时可以实现多频带、宽带电磁波的吸收，且理论上每层吸波结构100之间无电磁相互作用，在电磁性能上各自独立，无厚度限制，即所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的吸波效果与厚度无关。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述基板20的介电常数的取值范围为2.65-10.2，损耗角正切的取值范围为0.002-0.007；所述第一吸波单元和第二吸波单元的周期(即第一吸波单元和第二吸波单元的长度)的取值范围为30-32mm；所述隔离层可选为介电常数接近于空气的泡沫层，其厚度的取值范围为0.1-0.5mm。所述圆环金属结构的外直径的取值范围为7.6-11.2mm，所述圆环金属结构的圆环的宽度的取值范围为1.5-2mm；所述十字金属结构的金属臂的宽度的取值范围为0.3-0.5mm，所述十字金属结构的水平方向的长度的取值范围为8.3-9.6mm；所述预设电阻的电阻值的取值范围为80-120Ω。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图3所示，所述第一吸波单元包括：一个十字金属结构15、两个圆环金属结构17、两个方环金属结构19、四个四分之一十字金属结构11、四个第一类二分之一方环金属结构13、四个二分之一圆环金属结构17、四个第一类预设电阻14和八个第二类预设电阻14；其中，
一个十字金属结构15位于中心区域，所述十字金属结构15的一对相对设置的端点分别连接一个圆环金属结构17，另一对相对设置的端点分别连接一个方环金属结构19；四个所述第一类预设电阻14分别设置于位于中心区域的十字金属结构15的四个金属臂上；位于中心区域的十字金属结构15和与其连接的圆环金属结构17、方环金属结构19和预设电阻14构成一个所述等效吸波电路；
四个四分之一十字金属结构11分别设置于所述第一吸波单元的四个角落区域中，每个所述四分之一十字金属结构11沿水平方向延伸的金属臂连接一个所述第一类二分之一方环金属结构13，每个所述四分之一十字金属结构11沿竖直方向延伸的金属臂连接一个第一类二分之一圆环金属结构16，每个所述四分之一十字金属结构11的两个金属臂上分别设置有一个所述第二类预设电阻14；位于角落区域的四分之一十字金属结构11、第一类二分之一方环金属结构13、第一类二分之一圆环金属结构16和第二类预设电阻14和与所述第一吸波单元相邻的三个第一吸波单元位于角落区域的结构共同构成一个所述等效吸波电路；
所述第二类预设电阻14的电阻值是所述第一类预设电阻14的电阻值的两倍。
其中，所述四分之一十字金属结构11为沿一个完整的十字金属结构15的水平方向中线和竖直方向中线分割后的十字金属结构15；
所述第一类二分之一方环金属结构13为对一个完整的方环金属结构19沿水平方向对半分割后的方环金属结构19；
所述第一类二分之一圆环金属结构16为对一个完整的圆环金属结构17沿竖直方向对半分割后的圆环金属结构17。
由于所述第一吸波单元周期性紧密排列构成所述第一金属层10，因此相邻的第一吸波单元中位于角落区域中的四分之一十字金属结构11，以及与四分之一十字金属结构11连接的结构(第一类二分之一方环金属结构13、第一类二分之一圆环金属结构16、第二类预设电阻11)拼接成为一个完整的、与中心区域中结构、图案相同的结构，共同构成一个所述等效吸波电路；由于所述第二类预设电阻11的电阻值是所述第一类预设电阻14的电阻值的两倍，在第二类预设电阻11与其他第一吸波单元中的第二类预设电阻11拼接后，即构成一个阻值、形状与第一类预设电阻14完全一样的电阻。
相应的，参考图4，所述第二吸波单元包括：四个二分之一十字金属结构21、两个方环金属结构19、两个圆环金属结构17、四个第二类二分之一方环金属结构22、四个第二类二分之一圆环金属结构13、四个第一类预设电阻14和八个第二类预设电阻14；其中，
四个所述二分之一十字金属结构21分别位于所述第二吸波单元的四条边的中点区域，位于所述第二吸波单元竖直方向的两条边上的二分之一十字金属结构21沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻14，且分别连接一个方环金属结构19，沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第二类预设电阻14，且分别连接一个第二类二分之一圆环金属结构13；位于所述第二吸波单元水平方向的两条边上的二分之一十字金属结构21沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻14，且分别连接一个圆环金属结构17，沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置有一个第二类预设电阻14，且分别连接一个第二类二分之一方环金属结构22；
位于所述第二吸波单元的每条边上的二分之一十字金属结构21，和与其连接的结构与相邻的第二吸波单元的二分之一十字金属结构21和与其连接的结构共同构成一个所述等效吸波电路。
其中，所述二分之一十字金属结构21为对一个完整的十字金属结构15沿水平方向对半分割后的十字金属结构15；
所述第二类二分之一方环金属结构22为对一个完整的方环金属结构19沿竖直方向对半分割后的方环金属结构19；
所述第二类二分之一圆环金属结构13为对一个完整的圆环金属结构17沿水平方向对半分割后的圆环金属结构17。
同样的，由于所述第二吸波单元周期性紧密排列构成所述第二金属层30，因此相邻的第二吸波单元中位于边长上的二分之一十字金属结构21，以及与二分之一十字金属结构21连接的结构(第二类二分之一方环金属结构22、第二类二分之一圆环金属结构13、第二类预设电阻11)拼接成为一个完整的、与中心区域中结构、图案相同的结构，共同构成一个所述等效吸波电路；由于所述第二类预设电阻11的电阻值是所述第一类预设电阻14的电阻值的两倍，在第二类预设电阻11与其他第二吸波单元中的第二类预设电阻11拼接后，即构成一个阻值、形状与第一类预设电阻14完全一样的电阻。
在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，叠加设置的吸波结构100中的第一金属层10中的十字金属结构15、圆环金属结构17、预设电阻14和方环金属结构19的参数不完全相同；
叠加设置的吸波结构100中的第二金属层30中的十字金属结构15、圆环金属结构17、预设电阻14和方环金属结构19的参数不完全相同。
其中，十字金属结构15、圆环金属结构17和方环金属结构19的参数包括但不限于尺寸参数，所述预设电阻14的参数包括但不限于电阻值参数。
当叠加设置的吸波结构100中第一金属层10和/或第二金属层30中的十字金属结构15、圆环金属结构17、预设电阻14和方环金属结构19的参数不完全相同时，所述吸波结构100能够吸收的电磁波的频率即不相同，即可以利用两层或多层叠加的吸波结构100实现双频/多频段电磁波吸收，且相邻两层吸波结构100之间的厚度对吸波性能影响不大，可以做到任意小的间距，为实现超薄超宽带的吸波材料提供了新的思路。
下面本申请的一些具体实施例提供了一些具体的基于无反射滤波器原理的吸波器件的具体结构，以对其具体的吸波性能进行验证。
实施例1：
所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的剖面结构参考图1，即所述基于无反射滤波器原理的吸波器件由单层吸波结构100构成，所述第一金属层10和第二金属层30的图案分别参考图3和图4，所述基板20的介电常数为4.5，损耗角正切为0.005，厚度为0.8mm。
参考图3，第一金属层10在中心区域包含一个宽w＝0.9mm，长为l＝9.1mm的十字金属结构15，其每条金属臂上都加载了一个110Ω的预设电阻14。十字金属结构15的一条边的两头连接外直径为8.3mm，宽为3.37mm的圆环，另一条边的两头连接外边长为5.9mm，宽为3.37mm的方环。在四个角处的图案是中心完整图案的1/4。包含1/4个十字金属结构15，每条边的宽度为0.45mm，且一条边连接半方环，另外一条边连接半圆环，半方环和半圆环的外边长/外直径和宽度与中心图案处圆环和方环的相同。此外，1/4个十字金属结构15的两条边连接的预设电阻14的电阻值是中心处十字架上的电阻值的两倍，即220Ω。四个角处的图案和中心处的图案相互之间不连接，隔开了一定距离。第一吸波单元的周期p＝30mm。
第一吸波单元整体结构是正方形的，基板20边长等于周期长度，周期长度是从第一金属层10/第二金属层30金属图案中的一条边上的半圆环/半方环的中心点到与其对称的一条边的半圆环/半方环的中心点之间的距离。因此，在形成第一吸波单元阵列或第二吸波单元阵列时，一个单元的半方环/半圆环和另外一个单元的半方环/半圆环会无缝的连接在一起，形成一个完整的方环/圆环。此外，在第一金属层10中，一单元上的四个角处的1/4个加载了集总电阻的十字架会和另外三个单元上的四个角处的加载了集总电阻的十字架无缝连接成一个完成的十字架，且两个互相连接的电阻是并联的关系，最终用一个完整的电阻代替。
第二金属层30的图案参考图4，其、基本组成图形是大小和尺寸与上层金属图案相同的方环金属结构19、圆环金属结构17、十字金属结构15和预设电阻14。上下两条边对应的图案包含1/2的十字金属结构15，其中一条边的长度为9.1mm，宽度为第一金属层10中心位置处十字金属结构15宽度的一半即0.45mm，两侧加载的预设电阻14阻值也是第一金属层10中心位置处十字架上电阻值的两倍即220Ω。在这条边的两侧分别连接了一个第二类二分之一圆环金属结构13，外边长为8.3mm，宽为3.37mm。另外一条边的宽度等于第一金属层10中心位置处十字金属结构15的宽度为0.9mm，长度为5mm，阻值也和其上加载的电阻值相同是110Ω，并在其顶端连接了一个方环，外边长为5.9mm，宽为3.37mm。左右两条边对应的图案包含二分之一十字金属结构21，其中一条边的长度为9.1mm，宽度为第一金属层10中心位置处十字金属结构15宽度的一半即0.45mm，两侧加载的预设电阻14阻值也是第一金属层10中心位置处十字金属结构15上电阻值的两倍即220Ω。在这条边的两侧分别连接了一个第二类二分之一方环金属结构22，外边长为5.9mm，宽为3.37mm。另外一条边的宽度等于顶层十字架的宽度为0.9mm，长度为5mm，阻值也和其上加载的电阻值相同是110Ω，并在其顶端连接了一个圆环金属结构17，外边长为8.3mm，宽为3.37mm。第二金属层30的周期为30mm。
参考图5，图5为实施例1中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图，从图5中可以发现，在9.3GHz附近，第一端口的反射系数S11和第一端口到第二端口的传输吸收S21均在-15dB以下，可以达到90％以上的吸波率。
参考图6，图6为实施例1中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第二端口到第一端口垂直入射的反射和透射系数图，由图6可见，在9.3GHz附近，第二端口的反射系数S22和第二端口到第一端口的传输系数S12均为-10dB以下，可以达到90％以上的吸波率。结合图5和图6可以得知，实施例1中提供的单层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件具有对称吸波性能。
实施例2：
在本实施例中，第一吸波单元和第二吸波单元中单元周期长度，介质基板20的介电常数、损耗角正切及厚度等参数，第一金属层10和第二金属层30的形状及位置和加载的集总电阻的阻值均与上述基于无反射滤波器原理的单层吸波材料实施例1相同。
在本实施例中，将基本组成图形中：十字金属结构15的长度改为8mm，宽度仍然为0.9mm；圆环金属结构17的外边长改为9.9mm，宽度仍为3.37mm；方环金属结构19的外边长改为7mm，宽度仍为3.37mm。从而得到吸波中心频点在7.5GHz附件的单层吸波结构100。
参考图7，图7为实施例2中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图，从图7中可以发现，在7.5GHz附近，第一端口的反射系数S11和第一端口到第二端口的传输吸收S21均在-15dB以下，可以达到90％以上的吸波率。
参考图8，图8为实施例2中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件从第二端口到第一端口垂直入射的反射和透射系数图，由图8可见，在7.5GHz附近，第二端口的反射系数S1、22和第二端口到第一端口的传输系数S12均为-10dB以下，可以达到90％以上的吸波率。结合图7和图8可以得知，实施例1中提供的单层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件具有对称吸波性能。
实施例3：
在本实施例中，提供了一种具有双层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件，参考图9，将实施例1中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件放置于实施例2中提供的基于无反射滤波器原理的吸波器件上面，中间的隔离层30用介电常数接近于空气的泡沫层构成，泡沫层的厚度为0.9mm。
参考图10和图11，图10为本实施例提供的具有双层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件的从第一端口到第二端口垂直入射的反射和透射系数图，图11为本实施例提供的具有双层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件的从第二端口到第一端口垂直入射的吸收率，在7.5GHz和9.3GHz附近，S11和S21均在-10dB以下，可以达到90％以上的吸波率，从而证明，单层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件可以独立频段吸波，叠加后双层吸波结构100的基于无反射滤波器原理的吸波器件可以实现双频段吸波。
在图5、6、7、8、10和11中，横坐标为频率(Freq)，单位为GHz，纵坐标为反射系数和传输系数，单位为dB。
综上所述，本申请实施例提供了一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，所述基于无反射滤波器的吸波器件由至少一个叠加设置的吸波结构100构成，所述吸波结构100的基板20为非金属介质基板，其第一表面和第二表面分别设置了第一金属层10和第二金属层30，第一金属层10和第二金属层30上分别由十字金属结构15、圆环金属结构17、预设电阻14和方环金属结构19构成了多个等效吸波电路，该等效吸波电路的第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处，且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同；这使得在输入的电磁波频率在所述中心工作频率处附近时，第一LC支路表现为高阻态，等效吸波电路从中间断开，而第一RLC支路和第二RLC支路的阻抗等于所述等效吸波电路的输入阻抗，此时，从所述第一端口和第二端口输入的电磁波能量均能完全被吸收。而在输入的电磁波的频率远离所述中心工作频率时，第一LC支路的等效阻抗迅速减小至趋于0的状态，而第一RLC支路和第二RLC支路的等效阻抗迅速增大至数十倍于等效吸波电路的输入阻抗，此时从第一端口入射的电磁波可以完全到达第二端口出射，从第二端口入射的电磁波也可以完全到达第一端口出射，因此，所述基于无反射滤波器的吸波器件可实现无反射带阻滤波特性，即所述基于无反射滤波器的吸波器件具有对特定频率的电磁波无反射吸收，而对特定频率之外的电磁波完全透过的特性；
另外，所述基于无反射滤波器原理的吸波器件具有单个吸波结构100即可实现吸收特定波长的电磁波的目的，当吸波结构100为多层时可以实现多频带、宽带电磁波的吸收，且理论上每层吸波结构100之间无电磁相互作用，在电磁性能上各自独立，无厚度限制，即所述基于无反射滤波器原理的吸波器件的吸波效果与厚度无关。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，包括：至少一个叠加设置的吸波结构；相邻所述吸波结构之间设置有隔离层；
所述吸波结构包括：基板；所述基板为非金属介质基板，包括相背设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面，由多个第一吸波单元构成的第一金属层；
位于所述第二表面，由多个第二吸波单元构成的第二金属层；
所述第一金属层和第二金属层均为由十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构构成的左右对称且上下对称的图形；
多个所述第一吸波单元和多个第二吸波单元构成了多个等效吸波电路，所述等效吸波电路包括第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路，所述第一RLC支路依次与第一LC支路并联，并与第二RLC支路串联，所述第一RLC支路远离所述第二RLC支路的一端作为所述等效吸波电路的第一端口，所述第二RLC支路远离所述第一RLC支路一端作为所述等效吸波电路的第二端口；
第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路均谐振于中心工作频率处，且第一RLC支路、第二RLC支路和第一LC支路的等效电阻值与等效吸波电路的输入阻抗相同。
2.根据权利要求1所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述第一吸波单元包括：一个十字金属结构、两个圆环金属结构、两个方环金属结构、四个四分之一十字金属结构、四个第一类二分之一方环金属结构、四个二分之一圆环金属结构、四个第一类预设电阻和八个第二类预设电阻；其中，
一个十字金属结构位于中心区域，所述十字金属结构的一对相对设置的端点分别连接一个圆环金属结构，另一对相对设置的端点分别连接一个方环金属结构；四个所述第一类预设电阻分别设置于位于中心区域的十字金属结构的四个金属臂上；位于中心区域的十字金属结构和与其连接的圆环金属结构、方环金属结构和预设电阻构成一个所述等效吸波电路；
四个四分之一十字金属结构分别设置于所述第一吸波单元的四个角落区域中，每个所述四分之一十字金属结构沿水平方向延伸的金属臂连接一个所述第一类二分之一方环金属结构，每个所述四分之一十字金属结构沿竖直方向延伸的金属臂连接一个第一类二分之一圆环金属结构，每个所述四分之一十字金属结构的两个金属臂上分别设置有一个所述第二类预设电阻；位于角落区域的四分之一十字金属结构、第一类二分之一方环金属结构、第一类二分之一圆环金属结构和第二类预设电阻和与所述第一吸波单元相邻的三个第一吸波单元位于角落区域的结构共同构成一个所述等效吸波电路；
所述第二类预设电阻的电阻值是所述第一类预设电阻的电阻值的两倍。
3.根据权利要求2所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述四分之一十字金属结构为沿一个完整的十字金属结构的水平方向中线和竖直方向中线分割后的十字金属结构；
所述第一类二分之一方环金属结构为对一个完整的方环金属结构沿水平方向对半分割后的方环金属结构；
所述第一类二分之一圆环金属结构为对一个完整的圆环金属结构沿竖直方向对半分割后的圆环金属结构。
4.根据权利要求3所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述第二吸波单元包括：四个二分之一十字金属结构、两个方环金属结构、两个圆环金属结构、四个第二类二分之一方环金属结构、四个第二类二分之一圆环金属结构、四个第一类预设电阻和八个第二类预设电阻；其中，
四个所述二分之一十字金属结构分别位于所述第二吸波单元的四条边的中点区域，位于所述第二吸波单元竖直方向的两条边上的二分之一十字金属结构沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻，且分别连接一个方环金属结构，沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第二类预设电阻，且分别连接一个第二类二分之一圆环金属结构；位于所述第二吸波单元水平方向的两条边上的二分之一十字金属结构沿水平方向延伸的金属臂上分别设置一个第一类预设电阻，且分别连接一个圆环金属结构，沿竖直方向延伸的金属臂上分别设置有一个第二类预设电阻，且分别连接一个第二类二分之一方环金属结构；
位于所述第二吸波单元的每条边上的二分之一十字金属结构，和与其连接的结构与相邻的第二吸波单元的二分之一十字金属结构和与其连接的结构共同构成一个所述等效吸波电路。
5.根据权利要求4所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述二分之一十字金属结构为对一个完整的十字金属结构沿水平方向对半分割后的十字金属结构；
所述第二类二分之一方环金属结构为对一个完整的方环金属结构沿竖直方向对半分割后的方环金属结构；
所述第二类二分之一圆环金属结构为对一个完整的圆环金属结构沿水平方向对半分割后的圆环金属结构。
6.根据权利要求5所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述第一吸波单元和第二吸波单元中的预设电阻构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电阻；
所述第一吸波单元和第二吸波单元中的十字金属结构的金属臂的等效电感构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电感；
相邻所述第一吸波单元的方环金属结构/圆环金属结构的耦合电容构成所述第一RLC支路或第二RLC支路中的电容；
相对设置的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电感作为所述第一LC支路中的电感；
相对设置的的第一吸波单元和第二吸波单元中交叠设置的方环金属结构/圆环金属结构之间的耦合电容作为所述第一LC支路中的电容。
7.根据权利要求1所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，所述隔离层为泡沫层。
8.根据权利要求7所述的基于无反射滤波器原理的吸波器件，其特征在于，叠加设置的吸波结构中的第一金属层中的十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构的参数不完全相同；
叠加设置的吸波结构中的第二金属层中的十字金属结构、圆环金属结构、预设电阻和方环金属结构的参数不完全相同。
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