CN111029787A - 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构 - Google Patents

一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构 Download PDF

Info

Publication number
CN111029787A
CN111029787A CN201911222992.1A CN201911222992A CN111029787A CN 111029787 A CN111029787 A CN 111029787A CN 201911222992 A CN201911222992 A CN 201911222992A CN 111029787 A CN111029787 A CN 111029787A
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium layer
metal grid
layer
low
absorbing structure
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.)
Granted
Application number
CN201911222992.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111029787B (zh
Inventor
顾文华
吴杨慧
宗志园
陈彬
王俊杰
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.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
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 Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201911222992.1A priority Critical patent/CN111029787B/zh
Publication of CN111029787A publication Critical patent/CN111029787A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111029787B publication Critical patent/CN111029787B/zh
Active 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • H05K9/0088—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising a plurality of shielding layers; combining different shielding material structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构，包括位于顶层的第一介质层，位于中间的低频吸波层，以及位于底层的多层微米级金属网格层，其中低频吸波层由第二介质层和位于第二介质层上的低频吸波结构组成，所述多层微米级金属网格层由第三介质层、第四介质层、第五介质层，位于第二介质层和第三介质层之间的第一金属网格，位于第三介质层和第四介质层之间的第二金属网格，位于第四介质层和第五介质层之间的第三金属网格，以及位于五介质层下的第四金属网格组成。本发明具有超宽带、高屏蔽效能、高吸收率，可用于吸收和屏蔽特定频率范围的电磁波，提高设备的隐身能力和抗电磁干扰能力。

Description

一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构
技术领域
本发明涉及电磁技术，具体涉及一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构。
背景技术
以高功率微波武器、电磁炸弹为代表的电磁武器正在快速发展，武器装备的信息和控制系统正面临被电磁毁伤的严重威胁。光学视窗是电磁能量耦合的主要窗口，受到电磁武器攻击时，会造成电子信息系统电磁毁伤。因此，这些光学窗口既需要电磁屏蔽又需要吸波隐身。近年来国内外高透光微波吸波器的研究发展迅速，但是兼具高屏效高透光率的宽带微波吸波器尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构，包括位于顶层的第一介质层，位于中间的低频吸波层，以及位于底层的多层微米级金属网格层，其中低频吸波层由第二介质层和位于第二介质层上的低频吸波结构组成，所述多层微米级金属网格层由第三介质层、第四介质层、第五介质层，位于第二介质层和第三介质层之间的第一金属网格，位于第三介质层和第四介质层之间的第二金属网格，位于第四介质层和第五介质层之间的第三金属网格，以及位于五介质层下的第四金属网格组成。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)采用电导率逐渐增大的渐变金属网格叠加结构，使得吸波结构具备较高的电磁屏蔽效能，在300MHz～50GHz范围内达到50dB以上；2)采用多层金属网格层与折叠结构相叠加的设计，使得吸波结构的相对吸收带宽更宽(达到170％以上)，可同时覆盖X波段，Ku波段，K波段和Ka波段；3)使用成熟的国产商用纳米银颗粒油墨进行打印，使得吸波结构的整体透光性能好，而且对紫外光、可见光和近红外光都有优良的透过作用；4)金属网格本身柔韧性好，机械强度高，可以在不同材料和形状的基底上打印，无需模板，工艺简洁，适宜大面积制备，且成本低廉，绿色无污染，适合规模化推广。
附图说明
图1为本发明微波吸波结构的分层示意图。
图2为本发明微波吸波单元的结构示意图。
图3为本发明四层金属网格的S11示意图。
图4为本发明四层金属网格的S21示意图。
图5为本发明低频弯折线吸波结构的示意图。
图6为本发明吸波结构在垂直入射情况下的吸收率曲线图。
图7为本发明吸波结构在不同入射角度下的吸收率曲线图。
图8为本发明吸波结构在不同入射角度下的屏蔽效能曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例，进一步说明本发明方案。
一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，包括位于顶层的第一介质层A，位于中间的低频吸波层B，以及位于底层的多层微米级金属网格层C，其中低频吸波层B由第二介质层D2和位于第二介质层D2上的低频吸波结构F1组成，所述多层微米级金属网格层C由第三介质层D3、第四介质层D4、第五介质层D5，位于第二介质层D2和第三介质层D3之间的第一金属网格F2，位于第三介质层D3和第四介质层D4之间的第二金属网格F3，位于第四介质层D4和第五介质层D5之间的第三金属网格F4，以及位于五介质层D5下的第四金属网格F5组成。
所述低频吸波结构F1为使用弯折线形成的谐振结构。
所述第一金属网格F2、第二金属网格F3、第三金属网格F4、第四金属网格F5的电导率依次增大。
所述低频吸波结构(F1)、第一金属网格F2、第二金属网格F3、第三金属网格F4、第四金属网格F5为通过静电喷墨打印技术印刷的微米级线宽金属网格。
所述低频吸波结构F1、第一金属网格F2、第二金属网格F3、第三金属网格F4、第四金属网格F5的投影完全重合。
所述低频吸波结构F1、第一金属网格F2、第二金属网格F3、第三金属网格F4、第四金属网格F5采用纳米银。
所述第一介质层A、第二介质层D2、第三介质层D3、第四介质层D4、第五介质层D5为透明玻璃、PET或PDMS。
本发明顶层为用于稳定斜入射吸波基质层，中间层为低频吸波结构，底层为具有宽带电磁屏蔽效果的高频吸波结构。中间层低频吸波结构采用微米级宽度的折线构成大网格，既允许高频电磁波透过，又避免了高频段栅瓣的出现。底层四层网格结构同时具有低频吸波器底板、高频段吸波和宽带屏蔽作用，可使吸波器同时具备宽频带屏蔽和多波段吸波的功能。纳米银线构成的金属网格采用基于电流体动力学原理的超精细静电喷墨打印技术直接打印在基底上，底层网格尺寸为亚毫米量级，银线宽度为微米量级，各层网格的投影重合，同时提高了电磁屏蔽效能和透光性。通过优化设计网格尺寸，介质层厚度即参数和银线电导率等参数，实现了吸波器高透光、高屏效和宽带吸收效果。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。
首先，设计优化底层的4层微米级金属网格结构C，其中F2、F3、F4、F5表示四层上下位置正对应的银网格，网格结构完全一致，网格投影重合，D3、D4、D5表示每两层银网格之间所夹的玻璃。
第一步先确定网格的尺寸参数，网格线的线宽w和构成网格的相邻两条银线之间的间距d_line之间的比例越小，网格结构的透光度越高。本实施例设置w:d_line为1:20，以达到整体结构的透明度>90％。w:d_line比例固定的情况下，网格线宽w越小，4层微米级金属网格结构C的电磁屏蔽效能越好。使用超精细静电印刷技术打印银线网格，使得线宽w达到尽可能细的10μm，相邻两条银线之间的间距d_line为200μm，以达到在300MHz～50GHz的频段内>45dB的电磁屏蔽效能。因为印刷工艺的原因，选取网格银线的厚度为1μm。
第二步确定网格的电磁特性参数主要是电导率的选取，设置多层金属网格F2、F3、F4、F5的电导率逐渐增大，呈现渐变规律，以实现高频波段电磁波宽带吸波。在此设计理念的基础上使用CST仿真软件仿真，对银线电导率和介质的厚度进行仿真优化，此实例中取的每层介质D3，D4，D5的厚度相同，最终得到最优参数为：4层金属网格结构(C)中顶层银网格F2的电导率a＝10^4S/m，第二层银网格F3的电导率b＝10^5S/m，第三层银网格F4的电导率c＝10^6S/m，底层银网格F5的电导率d＝10^7S/m；玻璃D3、D4、D5的厚度均为h_glass＝1mm，玻璃的介电常数ε＝3。CST软件仿真得到的4层银网格屏蔽吸波结构的S11(反射率)和S21(透射率)曲线(图3，图4)。由仿真结果显示四层电导率不同的银网格结构在(20～65)GHz频段范围内的S11＜-10dB，同时在300MHz～50GHz范围内的S21＜-45dB。根据计算公式，吸收率A＝1-|S11|2-|S21|2，电磁屏蔽效能SE＝|S21|，说明该结构可起到(20～65)GHz频段范围内的宽带吸波效果和300MHz～50GHz范围内的宽带屏蔽效果。
其次，设计中间层低频吸波层(B)，理论上低频吸波结构F1的周期应当尽可能小，以使低频宽带吸波出现栅瓣的频率大于70GHz，防止对(20～65)GHz频段带来影响。但过小的周期结构无法达到吸收频段覆盖X波段的效果，因此将低频吸波结构设计成弯折线结构，以减小其周期的同时，确保吸收波段仍然落在X波段。在此设计理念的基础上使用CST仿真软件仿真，对低频吸波结构F1的电导率，介质层D2的厚度进行仿真优化，最终得到最优参数为：弯折线的电导率为a0＝10^6S/m，其下的玻璃D2的厚度为h0＝1.8mm，弯折结构的周期为p＝2.94mm。在此参数下的仿真结果显示中间层低频吸波层(B)带来的吸波波段为(5～17)GHz，完美覆盖X波段。
最后，将与低频吸波层(B)置于4层微米级金属网格结构(C)上，以达到高透光高屏效的宽带微波吸波的目的。并在低频吸波层(B)上方再设置一层介质层(A)，以稳定斜入射情况下的吸收效果。在此设计理念的基础上使用CST仿真软件仿真，对顶层介质层(A)厚度进行仿真优化，最终得到最优参数为：顶层介质层玻璃D1的厚度h_top＝1mm。整体结构设计优化完成，高透光高屏效的宽带微波吸波结构的吸收率仿真曲线如图6所示，吸收带宽在(5.51～65.65)GHz，相对带宽达到了170％，整体厚度为H＝h_top+h0+h_glass*3＝5.8mm(约最低频率对应波长的1/10)，周期为P＝(14*w+d_line)＝2.94mm(约最低频率对应波长的1/20)。同时，在300MHz～50GHz范围内具有>50dB的电磁屏蔽效能，S21曲线如图8所示。图7和图8显示45°以内的入射角度对吸收效果和屏蔽效果的影响均较小(均满足相对吸收带宽170％，300MHz～50GHz范围内屏蔽效能>50dB)。
综上所述，本发明高透光高屏效的宽带微波吸波结构可达到超宽带，高屏蔽效能，高吸收率的效果，可用于吸收和屏蔽特定频率范围的电磁波，提高设备的隐身能力和抗电磁干扰能力。

Claims (7)

1.一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，包括位于顶层的第一介质层(A)，位于中间的低频吸波层(B)，以及位于底层的多层微米级金属网格层(C)，其中低频吸波层(B)由第二介质层(D2)和位于第二介质层(D2)上的低频吸波结构(F1)组成，所述多层微米级金属网格层(C)由第三介质层(D3)、第四介质层(D4)、第五介质层(D5)，位于第二介质层(D2)和第三介质层(D3)之间的第一金属网格(F2)，位于第三介质层(D3)和第四介质层(D4)之间的第二金属网格(F3)，位于第四介质层(D4)和第五介质层(D5)之间的第三金属网格(F4)，以及位于五介质层(D5)下的第四金属网格(F5)组成。
2.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述低频吸波结构(F1)为使用弯折线形成的谐振结构。
3.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述第一金属网格(F2)、第二金属网格(F3)、第三金属网格(F4)、第四金属网格(F5)的电导率依次增大。
4.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述低频吸波结构(F1)、第一金属网格(F2)、第二金属网格(F3)、第三金属网格(F4)、第四金属网格(F5)为通过静电喷墨打印技术印刷的微米级线宽金属网格。
5.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述低频吸波结构(F1)、第一金属网格(F2)、第二金属网格(F3)、第三金属网格(F4)、第四金属网格(F5)的投影完全重合。
6.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述低频吸波结构(F1)、第一金属网格(F2)、第二金属网格(F3)、第三金属网格(F4)、第四金属网格(F5)采用纳米银。
7.根据权利要求1所述的高透光高屏效的宽带微波吸波结构，其特征在于，所述第一介质层(A)、第二介质层(D2)、第三介质层(D3)、第四介质层(D4)、第五介质层(D5)为透明玻璃、PET或PDMS。
CN201911222992.1A 2019-12-03 2019-12-03 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构 Active CN111029787B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911222992.1A CN111029787B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911222992.1A CN111029787B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111029787A true CN111029787A (zh) 2020-04-17
CN111029787B CN111029787B (zh) 2021-07-06

Family

ID=70204152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911222992.1A Active CN111029787B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111029787B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469258A (zh) * 2020-10-28 2021-03-09 西安电子科技大学 一种双间隙电磁屏蔽系统及其设计方法、微波电路
CN112596009A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种能量选择表面电磁性能测试装置及其方法
CN112596010A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种能量选择表面电磁性能试验装置及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101222840A (zh) * 2008-02-04 2008-07-16 哈尔滨工业大学 一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗
CN105762531A (zh) * 2016-02-18 2016-07-13 北京交通大学 一种网状分层结构式电磁波吸收超材料
CN106058483A (zh) * 2016-07-08 2016-10-26 西安电子科技大学 极化稳定的宽频带吸波材料
CN106341974A (zh) * 2015-07-10 2017-01-18 深圳光启尖端技术有限责任公司 一种吸波超材料以及吸波装置
KR102023397B1 (ko) * 2019-05-13 2019-09-20 국방과학연구소 양면형 전파흡수체

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101222840A (zh) * 2008-02-04 2008-07-16 哈尔滨工业大学 一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗
CN106341974A (zh) * 2015-07-10 2017-01-18 深圳光启尖端技术有限责任公司 一种吸波超材料以及吸波装置
CN105762531A (zh) * 2016-02-18 2016-07-13 北京交通大学 一种网状分层结构式电磁波吸收超材料
CN106058483A (zh) * 2016-07-08 2016-10-26 西安电子科技大学 极化稳定的宽频带吸波材料
KR102023397B1 (ko) * 2019-05-13 2019-09-20 국방과학연구소 양면형 전파흡수체

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469258A (zh) * 2020-10-28 2021-03-09 西安电子科技大学 一种双间隙电磁屏蔽系统及其设计方法、微波电路
CN112469258B (zh) * 2020-10-28 2022-03-01 西安电子科技大学 一种双间隙电磁屏蔽系统及其设计方法、微波电路
CN112596009A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种能量选择表面电磁性能测试装置及其方法
CN112596010A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 一种能量选择表面电磁性能试验装置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111029787B (zh) 2021-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111029787B (zh) 一种高透光高屏效的宽带微波吸波结构
CN111146596B (zh) 一种复合窗口吸收体的吸波/透波装置
CN110504553B (zh) 一种电损耗材料与磁性材料复合的多层超宽带吸波体
CN107799903B (zh) 三维新型带吸型宽带频率选择结构
CN103490171A (zh) 一种复合宽频带吸波材料
CN106935970B (zh) 超材料结构、天线罩、天线系统和形成夹层结构的方法
CN102760966B (zh) 宽频高透波超材料及其天线罩和天线系统
CN112952400A (zh) 一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构
CN110265788B (zh) 新型二三维结合的双极化带通型雷达吸波体
CN105576383A (zh) 一种超薄双侧吸波频选超材料及其天线罩和天线系统
CN102842758A (zh) 透波材料及其天线罩和天线系统
CN117117509A (zh) 一种多模态可重构频率选择表面单元结构、天线罩及通信系统
CN106714533B (zh) 具有石墨烯与双层金属网栅的透明双向吸波电磁屏蔽器件
CN102769202B (zh) 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统
CN114122738B (zh) 一种基于ito电阻膜的透明宽带电磁吸波器
CN102769201B (zh) 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统
CN214280217U (zh) 吸波超材料
CN114024147A (zh) 一种基于拓扑图案的透明柔性宽带超材料吸波体
CN204885375U (zh) 低通滤波结构、天线罩及天线系统
CN103296403B (zh) 超材料天线罩及天线系统
Singh et al. Critical analysis of Frequency Selective Surfaces for dual band GSM-900 & 1800 MHz transmission
CN102820548A (zh) 低通透波材料及其天线罩和天线系统
CN113871895B (zh) 一种凹槽型谐振层和网状地板的透明吸波器
CN111180898B (zh) 多值电阻集成的超构宽带光学透明微波吸波器件
CN106385791B (zh) 石墨烯网栅和双层金属网栅复合层叠结构的强电磁屏蔽光窗

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