CN111697345A - 吸波结构、器件以及制作方法 - Google Patents

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朱朋飞
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Abstract

本发明公开了一种吸波结构、器件以及制作方法，吸波结构包括：磁性介质层；第一基板层，设置于所述磁性介质层一端，且开设有通孔；线圈，缠绕于所述第一基板层、所述磁性介质层上，并根据外接电压调节所述磁性介质层的外加磁场。本发明通过外接电压接入到线圈以调节线圈的导通电流，进而调节磁性介质层的磁场，以实现磁性介质层吸收不同频段的电磁波，需要更换吸波材料既可实现不同频段的电磁波吸收，节省成本。

Description

吸波结构、器件以及制作方法
技术领域
本发明涉及电磁波技术领域，尤其是涉及一种吸波结构、器件以及制作方法。
背景技术
吸波材料在人们日常生活、科学研究、国防军事等领域发挥着重要的作用。例如，在日常生活中，吸波材料用于吸收环境中的电磁污染。在科学研究中，吸波财材料用于精密仪器的防辐射，以及吸波暗室的搭建，以保证测试结果的准确性。在军事领域，通过吸波材料吸收并损耗入射的电磁波能量，以达到隐身技术，减少敌方雷达探测的机会。
但是，目前对于吸波材料主要采用碳系吸波材料、铁系吸波材料、陶瓷吸波材料等，而固体的吸波材料只能针对吸收固定频率的电磁波，无法吸收多个频段的电磁波，而为了需要吸收不同频段的电磁波则需要更换不同的吸波材料，从而提高了吸波成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出吸波结构，能够调节吸收电磁波的频段，无需更换吸波材料，节省成本。
本发明还提出一种吸波器件。
本发明还提出一种吸波结构制作方法。
第一方面，本发明的一个实施例提供了吸波结构，包括：
磁性介质层；
第一基板层，设置于所述磁性介质层一端，且开设有通孔；
线圈，缠绕于所述第一基板层、所述磁性介质层上，并根据外接电压调节所述磁性介质层的外加磁场。
本发明实施例的吸波结构至少具有如下有益效果：通过外接电压接入到线圈以调节线圈的导通电流，进而调节磁性介质层的磁场，以实现磁性介质层吸收不同频段的电磁波，需要更换吸波材料才能实现不同频段的电磁波吸收，节省成本。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，还包括：
第二基板层，设置于所述磁性介质层远离所述第一基板层的一端。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，所述通孔形状为耶路撒冷十字架形状。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，所述第一基板层的厚度为1-2mm。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，所述磁性介质层的厚度为0.5-2mm。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，所述磁性介质层为钇铁石榴石。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，调节所述外接电压和线圈数量使所述磁性介质层的外加磁场为0-6000Oe。
根据本发明的另一些实施例的吸波结构，所述第二基板层为金属板。
第二方面，本发明的一个实施例提供了吸波器件，包括：
若干如第一方面所述的吸波结构；
若干所述吸波结构呈阵列排布。
本发明实施例的吸波器件至少具有如下有益效果：若干吸波结构呈阵列排布能够根据不同空间大小设置，便于不同空间大小使用。
第三方面，本发明的一个实施例提供了吸波结构制作方法，应用于吸波结构的制作，包括：
根据初始谐振频率确定第一厚度、通孔结构、磁导率和第二厚度；
根据所述第一厚度和所述通孔结构制作第一基板层；
根据所述磁导率和所述第二厚度制作磁性介质层；
将所述第一基板层和所述磁性介质层组合，以形成组合层；
在所述组合层周围缠绕线圈。
本发明实施例的吸波结构制作方法至少具有如下有益效果：通过初始谐振频率确定吸波结构的具体尺寸大小，使得制作出的吸波结构调节到需要的谐振频率值。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本发明实施例中吸波结构的一具体实施例结构示意图；
图2是本发明实施例中吸波结构的一具体实施例结构示意图；
图3是本发明实施例中吸波结构制作方法的一具体实施例流程示意图。
附图标记：100、第一基板层；110、通孔；111、第一连接孔；112、第二连接孔；200、磁性介质层；300、第二基板层；400、线圈。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的吸波结构。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的吸波结构，包括：第一基板层100、磁性介质层200以及线圈400；
第一基板层100上开设有通孔110，磁性介质层200位于第一基板层100底部，线圈400缠绕于第一基板层100、磁性介质层200的周围。
第一基板层100、磁性介质层200通过层级组合，且第一基板层100上开设有通孔110。当电磁波射入第一基板层100时，电磁波通过通孔110射入磁性介质层200，且线圈400上通入外接电压以调节线圈400的导通电流，则磁性介质层200上的磁场发生改变，磁性产生谐振频率和电磁波相互反应，以吸收电磁波。由于线圈400上连接的外接电压输入不同的电压值，则线圈400的导通电流改变，线圈400产生的磁场大小可调，则磁性介质层200的磁导率可调，进而磁性介质层200吸收电磁波的频段可调。通过外接电压输入不同的电压值以实现不同频段电磁波的吸收，使得不同频段电磁波吸收简易，无需更换吸波材料，节省了吸波成本。
具体地，第一基板层100为铜板，铜板能够将部分的电磁波吸收，能够频闭掉部分的电磁波，然后剩余的电磁波通过磁性介质层200发生耦合，且耦合的过程会产生迟滞，因此能够使电磁波充分吸收掉，以提高电磁波的吸收。
在一些实施例中，吸波结构还包括第二基板层300，第二基板层300设置于磁性介质层200远离第一基板层100一端。
当部分电磁波从磁性介质层200透射后通过第二基板层300，第二基板层300隔绝电磁波透射，从而提高了电磁波频率的效果。
在一些实施例中，通孔110包括：第一连接孔111和第二连接孔112，第二连接孔112设置于第一连接孔111的端部，第二连接孔112和第一连接孔111连通。
具体地，第一连接孔111的形状是十字形，第二连接孔112的形状为条形，且第二连接孔112设置四个，四个第二连接孔112分别位于第一连接孔111的四端。
通过第一连接孔111和第二连接孔112将电磁波能够射入到磁性介质层200，磁性介质层200和电磁波进行相互作用，消除多余的电磁波。
在一些实施例中，第一连接孔111和第二连接孔112组合形成的形状为耶路撒冷十字架形状。
其中，通孔110采用激光加工的方法制成。通过设置耶路撒冷十字架形状的通孔110，以便于电磁波更好地通过第一基板层100传输到磁性介质层200进行反应。
在一写实施例中，通过外接电源改变线圈400的导电电流，则改变了磁性介质层200的磁导率，进而改变了吸波结构的谐振频率，实现电磁波吸收频段的调控。因此，吸波结构的谐振频率可根据实际需要进行设计，且吸波结构基于慢电磁波效应设计，延长了电池波和磁性介质层200的相互作用，则提高了吸波效率。
其中，由于吸波结构基于慢电磁波效应设计。当电磁波入射时，电磁波会经历第一基板层100，然后电磁波通过通孔110入射到磁性介质层200，则电磁波和磁性介质层200发生耦合，产生一定的迟滞时间ΔTs。由于磁性介质层200产生慢波的原理类似于利用慢光压缩光能反过来，磁性介质层200压缩能量使得电磁波传播的速度变慢。慢波原理与利用高折射的光学介质降低光速不同，慢电磁波效应是利用超材料捕获电磁波，使得电磁波与磁性介质层200相互作用时间延长。由于电磁波和磁性介质层200的相互时间延长，能够充分将电磁波吸收。且磁性介质层200对电磁波的迟滞时间ΔT为纳秒量级，由两部分组成，可表示为：
Figure BDA0002522664280000051
其中，h1为第一基板层100的厚度，vz为电磁波在垂直于磁性介质层200向上的速度。
在一些实施例中，在本实施例中，吸波结构能够造成0.3-0.4纳秒迟滞时间，具体的时间长短与第一基板层100的厚度、磁性介质层200的厚度有关。虽然迟滞时间能够使磁性介质层200充分吸收电磁波，但是并不是迟滞时间越长，吸收性能越好，而是相互影响的，所以制备的时候需要选择第一基板层100和磁性介质层200合理的厚度。
因此，在本实施例中第一基板层100的厚度为1-2mm，通过设置1-2mm厚度的第一基板层100，一方面便于第一基板层100加工，另一方面减少整个吸波结构的大小，从而节省吸波结构的空间。
在一些实施例中，磁性介质层200的厚度为0.5-2mm，由于吸波结构需要较薄的厚度，因此设置磁性介质层200的厚度为0.5-2mm，一方面使得整个磁场可调控结构较薄，另一方面使吸波结构的占用空间小。
其中磁性介质层200采用钇铁石榴石，且钇铁石榴石是一种具有多项磁特性的氧化铁合成晶体，常用以调节激光。因此，采用钇铁石榴石作为磁性介质层200便于磁导率调节。
在一些实施例中，调节外接电压和线圈400数量使磁性介质层200的外加磁场为0-6000Oe。因此通过调节外接电压和线圈400的数量即可调节磁场，且该磁场范围在0-6000Oe，实现了吸波结构的磁场可调控性能。
在一些实施例中，其中，电磁波和磁性介质层200的相互作用分为反射、透射和吸收。当一束电磁波入射到磁性介质层200时，一部分能量会反射，另一部分能量会进入磁性介质层200内被吸收，还有一部分能量经过磁性介质层200透射出去。记R(ω)为反射率，T(ω)为透射率，A(ω)为吸收率，由能量守恒定律可以得到三者之间的关系：
R(ω)+T(ω)+A(ω)＝1 (2)
磁性介质层200想要能够最大限度的吸收入射电磁波，需要满足入射波所在的自由空间与磁性介质层200的阻抗匹配，且电磁波通过磁性介质层200内部时，被各种损耗机制尽可能的损耗掉。
第二基板层300为金属板，金属板能够防止穿过磁性介质层200的电磁波透射出去，进一步提高了电磁波的吸收性能。
在一些实施例中，吸波结构的尺寸需要根据初始谐振频率确定，因此，在本实施例中，设置吸波结构的长宽为10mm×10mm，且通孔110的孔径为1mm，第一连接孔111的长宽为6.5mm，第二连接孔112的长为5mm，且第一基板层100的厚度为1mm，磁性介质层200厚度为1mm。通过该结构的吸波结构能够更加高效的吸收电磁波。
下面参考图1和图2以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的吸波结构。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
当电磁波射入第一基板层100时，由于第一基板层100为铜板，且第一基板层100上开设耶路撒冷十字架形状的通孔110，因此电磁波部分被铜板吸收后，其余电磁波通过通孔110射入磁性介质层200。然后调控外接电压的电压值，则线圈400接入导通电流，线圈400接入导通电流后产生磁场，则磁性介质层200的磁导率发生改变，进而实现电磁波吸收频段的调控。由于未吸收的电磁波经过磁性介质层200反射、透射，但是磁性介质层200远离第一基板层100一端设置金属板，所以透射的电磁波被金属板隔绝，从而起到更优的电磁屏蔽效果。
第二方面，本发明实施例中公开了一种吸波器件，包括：
若干如第一方面的吸波结构，若干吸波结构呈阵列排布。通过若干吸波结构呈阵列排布，以便于适应不同大小的空间。
其中，吸波结构的具体结构参照第一方面的吸波结构，此处不再赘述。
第三方面，参照图3，本发明实施例公开了一种吸波结构制作方法，应用于吸波结构的制作，包括：
S100、根据初始谐振频率确定第一厚度、通孔结构、磁导率和第二厚度；
其中，初始谐振频率根据实际使用时需要吸收的电磁波频率决定的，因此需要吸收不同频段范围内的电磁波设定不同的初始谐振频率。
S200、根据第一厚度和通孔结构制作第一基板层；
由于通孔和第一基板层的厚度对吸波的频率影响是规律性的，比如增大通孔的尺寸会使谐振频率向低频移动。因此，通过计算出第一厚度和通孔结构确定第一基板层，使得谐振频率达到需要的值。
S300、根据磁导率和第二厚度制作磁性介质层；
其中，磁性介质层的磁导率、厚度对吸波的频率影响呈规律性的，但是相对于第一基板层的影响较小，因此通过计算出磁导率和第二厚度确定磁性介质层，使得谐振频率微调到需要的值。
S400、将第一基板层和磁性介质层组合，以形成组合层；
S500、在组合层周围缠绕线圈。
在一些实施例中，一种吸波结构制作方法还包括：
S600、在磁性介质层远离第一基板层一端安装第二基板层。
通过在组合层上缠绕线圈，以便于输入不同的电压值线圈，即可调节磁性介质层的磁场，进而调节磁性介质层吸收电磁波的频率。
在一些实施例中，当施加线圈上的电压发生变化，则磁性介质层的外加的磁场也发生变化，则对应的吸收频率也发生移动。当磁性介质层的磁导率从5.5到10时，吸收频率从18.4GHZ向低频移动到13.9GHZ，移动了4.5GHZ。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.吸波结构，其特征在于，包括：
磁性介质层；
第一基板层，设置于所述磁性介质层一端，且开设有通孔；
线圈，缠绕于所述第一基板层、所述磁性介质层上，并根据外接电压调节所述磁性介质层的外加磁场。
2.根据权利要求1所述的吸波结构，其特征在于，还包括：
第二基板层，设置于所述磁性介质层远离所述第一基板层的一端。
3.根据权利要求2所述的吸波结构，其特征在于，所述通孔形状为耶路撒冷十字架形状。
4.根据权利要求1所述的吸波结构，其特征在于，所述第一基板层的厚度为1-2mm。
5.根据权利要求1所述的吸波结构，其特征在于，所述磁性介质层的厚度为0.5-2mm。
6.根据权利要求1所述的吸波结构，其特征在于，所述磁性介质层为钇铁石榴石。
7.根据权利要求1所述的吸波结构，其特征在于，所述磁性介质层的外加磁场为0-6000Oe。
8.根据权利要求2所述的吸波结构，其特征在于，所述第二基板层为金属板。
9.一种吸波器件，其特征在于，包括：
若干如权利要求1-8任一项所述的吸波结构；
若干所述吸波结构呈阵列排布。
10.一种吸波结构制作方法，其特征在于，应用于吸波结构的制作，包括：
根据初始谐振频率确定第一厚度、通孔结构、磁导率和第二厚度；
根据所述第一厚度和所述通孔结构制作第一基板层；
根据所述磁导率和所述第二厚度制作磁性介质层；
将所述第一基板层和所述磁性介质层组合，以形成组合层；
在所述组合层周围缠绕线圈。
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