CN111769367B - 一种超材料吸波体及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超材料吸波体及通信设备，该超材料吸波体包括：M×N个周期单元，其中，M和N均为正整数；周期单元设置有金属层、电阻片、介质层和谐振结构层，金属层的第一侧与电阻片的第二侧相连，电阻片的第一侧与介质层的第二侧相连，介质层的第一侧与谐振结构的第二侧相连，其中，第一侧和第二侧为相对的两侧；谐振结构由环形电阻片和金属贴片构成，且金属贴片设置于环形电阻片的中间部位，且金属贴片与环形电阻片的内侧之间存在距离，且金属贴片的厚度与环形电阻片的厚度相同。由于设置对称的谐振结构，对不同极化方向的电磁波均具有吸收作用，提高了超材料吸波体的可靠性。

Description

一种超材料吸波体及通信设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种超材料吸波体及通信设备。
背景技术
随着科学技术的发展，超材料应用广泛。一般来说，超材料吸波体在隐身、成像、探测和无损检测等研究方向上具有重要意义，但现有的超材料吸波体工作带宽较窄，且超材料吸波体对电磁波的吸收率较低。可见，现有的超材料吸波体的可靠性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种超材料吸波体及通信设备，以解决现有的超材料吸波体的可靠性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
本发明实施例提供了一种超材料吸波体，包括：
M×N个周期单元，其中，所述M和所述N均为正整数；
所述周期单元设置有金属层、电阻片、介质层和谐振结构，所述金属层的第一侧与所述电阻片的第二侧相连，所述电阻片的第一侧与所述介质层的第二侧相连，所述介质层的第一侧与所述谐振结构的第二侧相连，其中，所述第一侧和所述第二侧为相对的两侧；
所述谐振结构由环形电阻片和金属贴片构成，且所述金属贴片设置于所述环形电阻片的中间部位，且所述金属贴片与所述环形电阻片的内侧之间存在距离，且所述金属贴片的厚度与所述环形电阻片的厚度相同。
可选的，所述金属层为第一长方体，所述电阻片为第二长方体，所述介质层为第三长方体，且所述第一长方体的底面、所述第二长方体的底面和所述第三长方体的底面均为面积相同的第一正方形。
可选的，所述环形电阻片为环形柱状体，所述环形柱状体的外侧为第二正方形，所述第一正方形和所述第二正方的边长相同，所述环形柱状体的内侧为第三正方形，所述金属贴片为第四长方体，所述第四长方体的底面为第四正方形，且所述第四正方形的边长小于所述第三正方形的边长。
可选的，所述第一正方形的边长为4μm，所述第三正方形的边长为3μm，所述第四正方形的边长为0.9μm。
可选的，所述金属层的厚度大于等于0.1μm，所述电阻片的厚度为0.05μm，所述介质层的厚度范围为0.05μm～0.2μm。
可选的，所述环形电阻片的厚度和所述金属贴片的厚度均为0.05um。
可选的，所述金属层和所述金属贴片为同一金属材料。
可选的，所述环形电阻片的电阻值为100Ω，所述电阻片的的电阻值为200Ω。
可选的，所述介质层采用二氧化硅或玻璃纤维。
本发明还提供一种超材料吸波体通信设备，包括上述发明实施例中的超材料吸波体。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
在本发明实施例中，所述超材料吸波体包括：M×N个周期单元，其中，所述M和所述N均为正整数；所述周期单元设置有金属层、电阻片、介质层和谐振结构，所述金属层的第一侧与所述电阻片的第二侧相连，所述电阻片的第一侧与所述介质层的第二侧相连，所述介质层的第一侧与所述谐振结构的第二侧相连，其中，所述第一侧和所述第二侧为相对的两侧；所述谐振结构由环形电阻片和金属贴片构成，且所述金属贴片设置于所述环形电阻片的中间部位，且所述金属贴片与所述环形电阻片的内侧之间存在距离，且所述金属贴片的厚度与所述环形电阻片的厚度相同。由于设置所述谐振结构，对不同极化方向的电磁波均具有吸收作用，提高了所述超材料吸波体的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种超材料吸波体周期单元的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种超材料吸波体周期单元的结构的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种超材料吸波体的反射曲线图；
图4为本发明实施例提供的一种超材料吸波体表层不同搭配的对比反射曲线图；
图5为本发明实施例提供的一种超材料吸波体有无金属贴片的对比反射曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种超材料吸波体不同极化角下的反射曲线图；
图7为本发明实施例提供的一种超材料吸波体不同入射角下的反射曲线图。
其中，1-金属层、2-电阻片、3-介质层、4-外层电阻环、5-金属贴片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种超材料吸波体，包括：
M×N个周期单元，其中，所述M和所述N均为正整数；
所述周期单元设置有金属层1、电阻片2、介质层3和谐振结构，所述金属层1的第一侧与所述电阻片2的第二侧相连，所述电阻片2的第一侧与所述介质层3的第二侧相连，所述介质层3的第一侧与所述谐振结构的第二侧相连，其中，所述第一侧和所述第二侧为相对的两侧；
所述谐振结构由环形电阻片4和金属贴片5构成，且所述金属贴片5设置于所述环形电阻片4的中间部位，且所述金属贴片5与所述环形电阻片4的内侧之间存在距离，且所述金属贴片5的厚度与所述环形电阻片4的厚度相同。
其中，M和N的值可以相同；谐振结构可以产生磁场环路，介质层3可以产生介电损耗，电阻片2可以产生欧姆损耗；电阻片2可以提高电流的通过率，提高超材料吸波体的吸收率。
另外，电磁可以通过损耗转化为热能，从而吸收电磁波的损耗；超材料可以是材料特性可变的材料，例如：环形电阻片和电阻片的电阻值可以调节，进而改变超材料吸波体对电磁波的吸收效果。
需要说明的是，磁场回路可以产生电磁屏蔽，电磁屏蔽可以利用电磁波在金属表面产生涡流来抵消原来的磁场，还可以利用电磁波在金属表面产生反射损耗和透射波在金属内的传播过程中衰减产生吸收损耗，达到屏蔽的作用。
在本发明实施例中，超材料吸波体包括：M×N个周期单元；周期单元设置有金属层1、电阻片2、介质层3和谐振结构，金属层的第一侧与电阻片2的第二侧相连，电阻片2的第一侧与介质层的第二侧相连，介质层3的第一侧与谐振结构的第二侧相连；谐振结构由环形电阻片4和金属贴片5构成，且金属贴片5设置于环形电阻片4的中间部位，且金属贴片5与环形电阻片4的内侧之间存在距离，且金属贴片5的厚度与环形电阻片4的厚度相同。由于设置谐振结构，对不同极化方向的电磁波均具有吸收作用，提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述金属层1为第一长方体，所述电阻片2为第二长方体，所述介质层3为第三长方体，且所述第一长方体的底面、所述第二长方体的底面和所述第三长方体的底面均为面积相同的第一正方形。
在本发明实施例中，金属层1为第一长方体，电阻片2为第二长方体，介质层3为第三长方体，且第一长方体的底面、第二长方体的底面和第三长方体的底面均为面积相同的第一正方形。这样，超材料吸波体结构精简，便于加工成型。
可选的，如图1所示，所述环形电阻片4为环形柱状体，所述环形柱状体的外侧为第二正方形，所述第一正方形和所述第二正方的边长相同，所述环形柱状体的内侧为第三正方形，所述金属贴片5为第四长方体，所述第四长方体的底面为第四正方形，且所述第四正方形的边长小于所述第三正方形的边长。
在本发明实施例中，第四正方形的边长小于第三正方形的边长，可以拓宽超材料吸波体的工作频带，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图2所示，所述第一正方形的边长a为4μm，所述第三正方形的边长为3μm，所述第四正方形的边长a1为0.9μm。
其中，第三正方形的边长为3μm可以理解为环形电阻片的环宽为0.5μm。
在本发明实施例中，第一正方形的边长a为4μm，第三正方形的边长为3μm，第四正方形的边长a1为0.9μm，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述金属层1的厚度大于等于0.1μm，所述电阻片2的厚度为0.05μm，所述介质层3的厚度范围为0.05μm～0.2μm。
在本发明实施例中，金属层1的厚度大于等于0.1μm，电阻片2的厚度为0.05μm，介质层3的厚度范围为0.05μm～0.2μm，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述环形电阻片4的厚度和所述金属贴片5的厚度均为0.05um。
在本发明实施例中，环形电阻片4的厚度和金属贴片5的厚度均为0.05μm，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述金属层1和所述金属贴片5为同一金属材料。
其中，金属材料可以是金、银和铜中的任一种。
在本发明实施例中，金属层1和金属贴片5为同一金属材料，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述环形电阻片4的电阻值为100Ω，所述电阻片2的的电阻值为200Ω。
在本发明实施例中，环形电阻片4的电阻值为100Ω，电阻片2的的电阻值为200Ω，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
可选的，如图1所示，所述介质层3采用二氧化硅或玻璃纤维。
在本发明实施例中，介质层3采用二氧化硅或玻璃纤维，进一步提高了超材料吸波体的可靠性。
本发明实施例还提供一种通信设备，包括上述发明实施例中的超材料吸波体。
在本发明实施例中，通信设备设置有超材料吸波体，提高了通信设备的可靠性。
下面具体解释超材料吸波体的可靠性，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种超材料吸波体的反射曲线图，其中，S11可以理解为回波损耗，本发明中中的超材料吸波体可以在频率为17THz～224THz的范围内实现对入射电磁波的吸收，吸收率可以达到99.9％；如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种超材料吸波体无电阻片的反射曲线图，超材料吸波体有电阻片时比无电阻片时，工作带宽较大，同时，对入射电磁波的吸收率较大；如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种超材料吸波体表层混合结构不同搭配的对比反射曲线图，在仅有金属贴片的谐振结构的超材料吸波体和仅有外层环形电阻片的谐振结构的超材料吸波体对入射电磁波的吸收率较小，且只有两者混合时吸收效果达到最佳；如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种超材料吸波体不同极化角下的反射曲线图，超材料吸波体对于极化敏感性较差，稳定性高；如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种超材料吸波体不同入射角下的反射曲线图，超材料吸波体具有较宽入射角度特性，横电波或横磁波入射时，当入射角度小于60度时，对入射电磁波的吸收率可以达到80％以上。
综上所述，所述超材料吸波体包括：M×N个周期单元，其中，所述M和所述N均为正整数；所述周期单元设置有金属层、电阻片、介质层和谐振结构，所述金属层的第一侧与所述电阻片的第二侧相连，所述电阻片的第一侧与所述介质层的第二侧相连，所述介质层的第一侧与所述谐振结构的第二侧相连，其中，所述第一侧和所述第二侧为相对的两侧；所述谐振结构由环形电阻片和金属贴片构成，且所述金属贴片设置于所述环形电阻片的中间部位，且所述金属贴片与所述环形电阻片的内侧之间存在距离，且所述金属贴片的厚度与所述环形电阻片的厚度相同。这样，精简了超材料吸波体的结构，其次，拓宽了超材料吸波体的工作频带，同时，提高了超材料吸波体对入射电磁波的吸收率，提高了超材料吸波体的可靠性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种超材料吸波体，其特征在于，包括：
M×N个周期单元，其中，所述M和所述N均为正整数；
所述周期单元设置有金属层、电阻片、介质层和谐振结构层，所述金属层的第一侧与所述电阻片的第二侧相连，所述电阻片的第一侧与所述介质层的第二侧相连，所述介质层的第一侧与所述谐振结构的第二侧相连，其中，所述第一侧和所述第二侧为相对的两侧；
所述谐振结构由环形电阻片和金属贴片构成，且所述金属贴片设置于所述环形电阻片的中间部位，且所述金属贴片与所述环形电阻片的内侧之间存在距离，且所述金属贴片的厚度与所述环形电阻片的厚度相同；
所述金属层为第一长方体，所述电阻片为第二长方体，所述介质层为第三长方体，且所述第一长方体的底面、所述第二长方体的底面和所述第三长方体的底面均为面积相同的第一正方形；
所述环形电阻片为环形柱状体，所述环形柱状体的外侧为第二正方形，所述第一正方形和所述第二正方的边长相同，所述环形柱状体的内侧为第三正方形，所述金属贴片为第四长方体，所述第四长方体的底面为第四正方形，且所述第四正方形的边长小于所述第三正方形的边长；
所述第一正方形的边长为4μm，所述第三正方形的边长为3μm，所述第四正方形的边长为0.9μm；
所述金属层的厚度大于等于0.1μm，所述电阻片的厚度为0.05μm，所述介质层的厚度范围为0.05μm～0.2μm；
所述环形电阻片的厚度和所述金属贴片的厚度均为0.05um；
所述金属层和所述金属贴片为同一金属材料；
所述环形电阻片的电阻值为100Ω，所述电阻片的电阻值为200Ω；
所述介质层采用二氧化硅或玻璃纤维。
2.一种超材料吸波体通信设备，其特征在于，包括：如权利要求1所述的超材料吸波体。
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