CN110572998B - 基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体 - Google Patents

基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，由若干镂空正六边形网格结构周期排布而成，每个网格结构包括介质底板，设置在介质底板上的第一网格结构，设置在网格结构上的介质层，以及在介质层上的第二网格结构，其中介质底板和介质层为正六边形板，采用透明材料，所述第一网格结构和第二网格结构为正六边形镂空网格，采用金属材料。本发明结构简单、屏蔽带宽较宽、屏蔽性能好、透明、对入射角及极化方式具有稳定性。

Description

基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体
技术领域
本发明涉及频率选择表面技术，具体涉及一种基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体。
背景技术
随着电子设备和系统的广泛应用，电磁干扰问题变得日益突出，严重影响了对电磁信号的测量，特别是对高灵敏度、弱电场信号的测量。电磁屏蔽体指能抑制或减弱电磁波传播的一种功能材料，在电子设备安装、计算机信息、医疗高频设备、核磁共振仪以及涉密行业有着广泛应用。因此，电磁屏蔽体的研究具有重要意义。
使用频率选择表面技术设计电磁屏蔽体，设计思路清晰，加工技术完善，但在设计中低频的屏蔽结构时，低频周期单元的尺寸较大。而在实际应用中，很多电磁屏蔽体的占用空间受限，这对单元尺寸提出了较高要求。目前，多采用弯折线结构、倾斜排布、集总元件加载等方式实现周期单元的小型化。然而，弯折线技术和倾斜排布往往受单元结构和排布空间的限制，使得单元尺寸缩减量有限。集总元件加载工艺需要焊接，不利于实现全平面结构和加工成本控制，另外集总元件的容差会引起实测参数和仿真的偏离，高频集总元件的高售价也让加工测试难以实施。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，由若干镂空正六边形网格结构排布而成，每个网格结构包括介质底板，设置在介质底板上的第一网格结构，设置在网格结构上的介质层，以及在介质层上的第二网格结构，其中介质底板和介质层为正六边形板，采用透明材料，所述第一网格结构和第二网格结构为正六边形镂空网格，采用金属材料。
所述介质底板、介质层尺寸相同。
所述第一网格结构和第二网格结构结构、尺寸均相同。
所述第一网格结构和第二网格结构由内外两个正六边形顶点连接形成镂空结构。
所述介质底板、介质层、第一网格结构的外边框、第二网格结构的外边框尺寸均相同。
所述介质底板的材料为玻璃。
所述介质层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：结构简单、屏蔽带宽较宽、屏蔽性能好、透明、对入射角及极化方式具有稳定性。
附图说明
图1是透明电磁屏蔽体周期结构单元正视结构示意图。
图2是透明电磁屏蔽体周期结构单元侧视结构示意图。
图3是透明电磁屏蔽体周期排布图。
图4是透明电磁屏蔽体在TE/TM极化波垂直入射时透射系数随频率变化的曲线图。
图5是透明电磁屏蔽体在不同入射角度的TE极化波入射时透射系数随频率变化的曲线图。
图6是透明电磁屏蔽体在不同入射角度的TM极化波入射时透射系数随频率变化的曲线图。
图中，阴影部分为金属，空白部分为介质。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
如图1-3所示，基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，由若干镂空正六边形网格结构周期排布而成，每个网格结构包括介质底板1，设置在介质底板1上的第一网格结构2，设置在网格结构2上的介质层3，以及在介质层3上的第二网格结构4，其中介质底板1和介质层3为正六边形板，采用透明材料，所述第一网格结构2和第二网格结构4为正六边形镂空网格，采用金属材料。
一些实施例中，所述介质底板1、介质层3尺寸相同。
一些实施例中，所述第一网格结构2和第二网格结构4结构、尺寸均相同。
一些实施例中，所述第一网格结构2和第二网格结构4由内外两个正六边形顶点连接形成镂空结构，亦可以采用其他的镂空结构。
一些实施例中，所述介质底板1、介质层3、第一网格结构2的外边框、第二网格结构4的外边框尺寸均相同。
一些实施例中，所述介质底板1的材料为玻璃，保证了电磁屏蔽体的高透明率和结构稳固性。
一些实施例中，所述介质层3的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，保证了电磁屏蔽体的高透明率。
本发明第一网格结构2和第二网格结构4的金属占有率均很小，配合介质底板1、介质层3的透明材料，保证了电磁屏蔽体的透明度。同时具有结构简单、屏蔽带宽较宽、屏蔽性能好、对入射角及极化方式稳定等优点。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。
本实施例中透明电磁屏蔽体的屏蔽频段为5-20GHz，设计周期单元的边长为0.25mm，由内外两个正六边形顶点连接形成镂空结构。周期单元在平面上二维无限排布形成电磁屏蔽体如图3所示。
介质底板1选用相对介电系数为3的PET，介质层3选用相对介电系数为3.75的玻璃，各层结构的尺寸参数如表1所示。
表1周期单元尺寸参数(单位：μm)
a g WL s h1 h2
250 100 5 1 1100 10
表中，a-镂空正六边形网格外边框边长，g-正六边形网格镂空前金属条带宽度，WL-正六边形网格镂空后内部金属条带宽度，WL/2-正六边形网格镂空后外边框金属条带宽度，s-镂空正六边形网格厚度，h1-介质层1厚度，h2-介质底板3厚度。
由CST电磁仿真软件得到透明电磁屏蔽体在TE/TM极化波垂直入射时的透射系数随频率变化的曲线如图4所示，透明电磁屏蔽体在不同入射角度下的TE极化波入射时的透射系数隨频率变化的曲线如图5所示，透明电磁屏蔽体在不同入射角度下的TM极化波入射时的透射系数隨频率变化的曲线如图6所示。从图中可以看到，在屏蔽频段内，透明电磁屏蔽体的透射系数实现低于-50dB，相对带宽可达267％，当入射角增大至60°时，TE/TM极化波入射时的透射系数在屏蔽频段满足低于-50dB。该结构的单元边长仅为
Figure BDA0002217706610000031
λ为屏蔽频段的中心频率所对应的波长。
综上所述，本发明可以显著的提高透明电磁屏蔽体的小型化程度，结构尺寸可以达到
Figure BDA0002217706610000041
本发明在同等小型化尺度条件下，可以获得较大的相对带宽，结构尺寸为
Figure BDA0002217706610000042
时，可以获得267％的相对带宽，并在电磁波倾斜入射时保持了稳定性；本发明可以用于透明电磁屏蔽体设计，若网格结构采用金属占有率单元结构，在介质基板选用透明材料的情况下，可以实现高透明性，透明率93.4％以上。

Claims (3)

1.基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，其特征在于，由若干镂空正六边形网格结构排布而成，每个网格结构包括介质底板(1)，设置在介质底板(1)上的第一网格结构(2)，设置在第一网格结构(2)上的介质层(3)，以及在介质层(3)上的第二网格结构(4)，其中介质底板(1)和介质层(3)为正六边形板，采用透明材料，所述第一网格结构(2)和第二网格结构(4)为正六边形镂空网格，采用金属材料；
所述第一网格结构(2)和第二网格结构(4)结构、尺寸均相同；
所述第一网格结构(2)和第二网格结构(4)由内外两个正六边形顶点连接形成镂空结构；
所述介质底板(1)、介质层(3)、第一网格结构(2)的外边框、第二网格结构(4)的外边框尺寸均相同。
2.根据权利要求1所述的基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，其特征在于，所述介质底板(1)的材料为玻璃。
3.根据权利要求1所述的基于镂空正六边形网格结构的小型化透明电磁屏蔽体，其特征在于，所述介质层(3)的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
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