CN111064009B - 双开口环结构宽带微波吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双开口环结构宽带微波吸收器，包括以水平方向截面为正方形的电介质层，电介质层的底面设有一层金属接地层，电介质层的顶面设有金属贴片层；所述的金属贴片层包括位于电介质层顶面中心位置的正八边环形贴片，正八边环形贴片的两侧设有扇环贴片，所述的扇环贴片为金属环被两个分别以顶面的对角为圆心、以7mm为半径的四分之一圆切割后所留的两个金属片。本发明不仅实现了在5.7GHz到13.1GHz之间的电磁波超过90％以上的吸收率，而且本发明的相对带宽达到了超宽带的标准。
Description
技术领域
本发明涉及微波吸收器技术领域，具体为一种双开口环结构宽带微波吸收器。
背景技术
近几年来，微波吸收器在隐身技术、雷达截面缩小、热辐射源、成像器件、能量收集、无线通信等不同领域有着广泛的应用。随着技术的发展，超材料优质特性体现在负折射率、完美透镜、双曲线色散、负磁导率和介电常数等方面。因此，人们基于超材料的优异的物理特性提出了不同类型的谐振器。通常情况下，典型的超材料吸收体的结构是金属-电介质-金属组成的谐振器单元的周期阵列。根据电磁波的吸收的原理，电磁波打到一个电介质面上会有五种转换：反射、透射、散射、吸收和激发，然后根据电波吸收材料将超材料吸收体可以分为吸收型、干涉型、谐振型以及等离子型四种。但现有由于电磁波的散射以及表面激发的现象不是特别明显，使得现有谐振型吸收器忽略了电磁波的激发和散射的情况，影响了电磁波的吸收率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种双开口环结构宽带微波吸收器。本发明对入射波的吸收达到超宽带吸收，具有非常好的吸收率。
本发明的技术方案：双开口环结构宽带微波吸收器，包括以水平方向截面为正方形的电介质层，电介质层的底面设有一层金属接地层，电介质层的顶面设有金属贴片层；所述的金属贴片层包括位于电介质层顶面中心位置的正八边环形贴片，所述的正八边环形贴片的内环宽度为2-3mm，所述的正八边环形贴片的外环宽度为4-4.4mm；所述正八边环形贴片的两侧设有扇环贴片，所述的扇环贴片为金属圆环柱被两个圆柱切割后形成；所述的金属圆环柱以介质层表面中心为圆心，所述的金属圆环柱的内侧面半径为4.7-5.5mm，金属圆环柱的外侧面半径为6-7mm；所述的两个圆柱为以介质层表面的两个对角为圆心，且两个圆柱的底面半径为6.5-7.5mm。
上述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述电介质层的磁导率为2.65，损耗角正切为0.002；所述电介质层的长宽均为15mm,厚度为3.75mm。
前述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述金属接地层的长宽均为15mm，厚度为0.12mm；所述金属接地层的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m。
前述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述的金属贴片层的厚度为0.12mm；所述金属贴片层的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m。
前述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述的正八边环形贴片的外环宽度为4.2mm，内环宽度为2.5mm.
前述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述扇环贴片外环的半径为6.8mm，内环半径为5mm。
前述的双开口环结构宽带微波吸收器，所述两个圆柱的底面半径为7mm。
与现有技术相比，本发明通过设置一层介电质层，在介电质层的地面设置一侧金属接地层，介电质层的顶面设置金属贴片层，其中金属贴片层由一个扇环贴片和一个中心正八边环形贴片组成，而扇环贴片则是通过一个金属圆环柱被两个圆柱切割后形成，由此构成本发明的整体结构，本发明对5.7GHz到13.1GHz带宽范围内的电磁波达到超宽带吸收，而且平均吸收率在90％以上，具有电磁波吸收范围大，吸收率高的特点。此外，本发明还对谐振器的结构参数优化后，确定了最优的结构参数以达到更好的吸收率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的左视结构示意图；
图3是本发明的模拟获得性能参数；
图4是本发明正常入射的模拟仿真S参数的结果
图5是本发明吸收性能仿真结果；
图6是本发明在不同频率下的电场分布图。
附图标记
1、电介质层；2、金属接地层；3、金属贴片层；4、正八边环形贴片；5、扇环贴片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施案例：双开口环结构宽带微波吸收器，如图1-2所示，包括以水平方向截面为正方形的电介质层1，所述电介质层1的材质为F4B-2(聚四氟乙烯)，磁导率为2.65，损耗角正切为0.002；所述电介质层1的长宽均为15mm,厚度为3.75mm；所述电介质层1的底面设有一层金属接地层2，所述金属接地层2的长宽均为15mm，厚度为0.12mm；所述金属接地层2的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m；所述电介质层1的顶面设有金属贴片层3；所述的金属贴片层3的厚度为0.12mm；所述金属贴片层3的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m；所述的金属贴片层3包括位于电介质层1顶面中心位置的正八边环形贴片4，所述的正八边环形贴片4的外环宽度为4.2mm，内环宽度为2.5mm；所述正八边环形贴片4的两侧设有扇环贴片5，所述的扇环贴片5为金属圆环柱被两个圆柱切割后形成；所述的金属圆环柱以介质层表面中心为圆心，所述的金属圆环的内侧面半径为5mm，金属圆环的外侧面半径为6.8mm；所述的两个圆柱为以介质层表面的两个对角为圆心，且两个圆柱的底面半径为7mm。
申请人利用CST微波工作室对本发明的吸收特性进行了仿真分析，选取边界条件为周期性的边界条件，设置Z方向是电磁波的入射方向，将谐振器的吸收率表示为
且Rxx和Rxy是共极化和交叉极化的反射系数；图3显示了通过模拟获得的本发明的性能参数，横坐标代表频率，纵坐标代表吸收、共极化和交叉极化反射，由此谐振器的极化转化率可以用|Rcross|2/(|Rcross|2+|Rco|2)表达，因此从图3中可以看出，本发明对5.7到13.1GHz这个带宽下的电磁波达到了90％以上，由此可见，本发明具有优越地电磁波吸收率。
申请人还通过用S参数(反射系数)用于反映本发明的性能，利用仿真分析得到了如图4所示的正常入射的模拟仿真S参数的结果和如图5所示的吸收性能仿真结果，其中图4的横坐标代表频率，纵坐标代表在相应频率下的衰减程序，图5的横坐标代表频率，纵坐标代表吸收率，通常相对带宽(RB)定义为
(fH表示带宽频率的上限，fL表示频率的下限)，因此从图4和图5中可以看出低于-10dB的范围为5.7GHz到13.1GHz左右，吸收率大于90％的带宽为7.4GHz，相对带宽约为78.1％，吸收体达到了超宽带的标准。而且从图4中可以看到，本发明在6.07GHz、9.18GHz、12.75GHz和13.11GHz频率范围内共有四个主共振频率，实现从5-15GHZ超宽带的多个超高吸收共振点，具有非常好的吸收率。
申请人还对本发明的电场进行了模拟和分析，图6显示了在不同频率下的电场分布，其中图6(a)中频率为6.07GHz,图6(b)中频率为9.18GHz,图6(c)中频率为12.75GHz,图6(d)中频率为13.11GHz,在9.18和13.11GHz频率下，扇环贴片周围存在强烈的共振现象,在频率为6.07和9.18GHz时，正八边环形贴片存在低共振,而且随着入射波频率的增加，共振现象越来越明显，说明其具有非常好的吸收率。
综上所述，本发明通过设置一层介电质层，在介电质层的地面设置一侧金属接地层，介电质层的顶面设置金属贴片层，其中金属贴片层由一个扇环贴片和一个中心正八边环形贴片组成，而扇环贴片则是通过一个金属圆环柱被两个圆柱切割后形成，由此构成本发明的整体结构，本发明对5.7GHz到13.1GHz带宽范围内的电磁波达到超宽带吸收，而且平均吸收率在90％以上，具有电磁波吸收范围大，吸收率高的特点。
Claims (1)
1.双开口环结构宽带微波吸收器，其特征在于：包括以水平方向截面为正方形的电介质层(1)，电介质层(1)的底面设有一层金属接地层(2)，电介质层(1)的顶面设有金属贴片层(3)；所述的金属贴片层(3)包括位于电介质层(1)顶面中心位置的正八边环形贴片(4)，所述的正八边环形贴片(4)的内环宽度为2-3mm，所述的正八边环形贴片(4)的外环宽度为4-4.4mm；所述正八边环形贴片(4)的两侧设有扇环贴片(5)，所述的扇环贴片(5)为金属圆环柱被两个圆柱切割后形成；所述的金属圆环柱以介质层表面中心为圆心，所述的金属圆环柱的内侧面半径为4.7-5.5mm，金属圆环柱的外侧面半径为6-7mm；所述的两个圆柱为以介质层表面的两个对角为圆心，且两个圆柱的底面半径为6.5-7.5mm；所述电介质层(1)的磁导率为2.65，损耗角正切为0.002；所述电介质层(1)的长宽均为15mm,厚度为3.75mm；所述金属接地层(2)的长宽均为15mm，厚度为0.12mm；所述金属接地层(2)的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m；所述的金属贴片层(3)的厚度为0.12mm；所述金属贴片层(3)的材料为铜，导电率为σ＝5.8×107s/m；所述的正八边环形贴片(4)的外环宽度为4.2mm，内环宽度为2.5mm；所述扇环贴片(5)外环的半径为6.8mm，内环半径为5mm；所述两个圆柱的底面半径为7mm。
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