CN112117550A - 一种吸波单元结构 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种吸波单元结构，本申请实施例中吸波单元结构包括：第一介质层及印制于第一介质层第一表面的第一透明导体结构层；第二介质层及印制于第二介质层第一表面的第二透明导体结构层；第三介质层及印制于第二介质层第一表面的透明导体反射层；第一介质层与第二透明导体结构层之间为空气介质层具有第一间距；第二介质层与第三介质层之间为空气介质层具有第二间距；第一间距的大小和第二间距的大小用于调节吸波单元结构的吸收频带；第一介质层、第二介质层和第三介质层均由聚对笨二甲酸乙二脂PET材料制成。该吸波单元结构可以实现透明且柔性的效果，扩大了吸波材料的应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及电磁波吸波材料技术领域，尤其涉及一种吸波单元结构。
背景技术
随着电子信息科技的飞速发展，尤其是无线通信技术和雷达技术的不断发展，电磁波的应用越来越广泛。但是，随之而来的电磁辐射问题也越来越成为人们日益关注的问题，电磁波辐射造成的电磁干扰不仅会影响电子设备的正常运转，而且对身体健康也产生危害。例如，在医院移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作，在机场，飞机航班因电磁波干扰而延误起飞，由此，电磁防护的吸波材料应运而生。
吸波材料是指对电磁波具有吸收作用，反射很小的材料。将吸波材料应用于电子设备中，可以屏蔽电磁辐射，以达到消除电磁干扰的目的。当前的吸波材料的种类繁多，如基于炭系的吸波海绵或吸波泡沫材料，芳纶基材载体的吸波蜂窝材料，及吸波超材料等，上述吸波材料很难实现透明且柔性的效果，吸波材料的应用场景受到了极大的限制。
发明内容
本申请实施例提供了一种吸波单元结构，该吸波单元结构可以实现透明且柔性的效果，扩大了吸波材料的应用场景。
本申请实施例提供的一种吸波单元结构，包括：第一介质层及印制于第一介质层第一表面的第一透明导体结构层；第二介质层及印制于第二介质层第一表面的第二透明导体结构层；第三介质层及印制于第三介质层第一表面的透明导体反射层；第一介质层与第二透明导体结构层之间具有第一间距；第二介质层与第三介质层之间具有第二间距；第一间距的大小和第二间距的大小用于调节吸波单元结构的吸收频带；第一介质层、第二介质层和第三介质层均由聚对笨二甲酸乙二脂PET材料制成。
在一种可能的实现方式中，第一间距的取值范围为2.34mm-5.34mm；第二间距的取值范围为1.46mm-3.46mm。
在一种可能的实现方式中，第一透明导体结构层包括第一子结构和第二子结构；第一子结构包括中心部，及与中心部一体成型且向透明导体结构层边缘方向延伸的M个第一延伸部和N个第二延伸部，M和N均为偶数；在M个第一延伸部中的任两个相邻的第一延伸部之间具有至少一个第二延伸部，每个第二延伸部包括至少一个第一条形结构；第二子结构包括外框部，及与外框部一体成型且向中心部方向延伸的第三延伸部，第三延伸部包括至少一个第二条形结构；第一条形结构和第二条形结构间隔排列，相邻的第一条形结构和第二条形结构相互平行且之间具有第三间距。
在一种可能的实现方式中，第一延伸部为周期性的弯折带状结构；弯折带的宽度的取值范围为0.2mm-0.6mm；外框部为正方形环状结构，正方形环状结构的环宽度的取值范围为1.0mm-1.2mm。
在一种可能的实现方式中，中心部为具有环形开槽的正方形导体膜结构，环形开槽与正方形导体膜结构的几何中心相同。
在一种可能的实现方式中，第一透明导体结构层、第二透明导体结构层和透明导体反射层均由透明导体材料制成，透明导体材料为氧化铟锌IZO材料或氧化烟锡ITO。
在一种可能的实现方式中，吸波单元为方体结构，第一介质层的边长大于透明导体结构层的边长；第一介质层的边长与透明导体结构层的边长的差值的取值范围为1.6mm-1.8mm；第一介质层的边长的取值范围为18mm-22mm。
在一种可能的实现方式中，第二透明导体结构层为正方形环状结构，正方形环状结构的环宽度的取值范围为0.5mm-1.5mm。
在一种可能的实现方式中，第一透明导体结构层的方阻值的取值范围为30Ω-100Ω；第二透明导体结构层的方阻值的取值范围为35Ω-1200Ω。
在一种可能的实现方式中，吸波单元为方体结构，第二介质层的边长与第二透明导体结构层的边长的差值的取值范围为0.5mm-2.5mm。
本申请实施例中，吸波单元结构中的第一透明导体结构层、第二透明导体结构层和透明导体放射层均为透明导体材料，第二介质层和第三介质层也为透明柔性材料(PET)制成，第二透明介质层和第二透明导体结构层之间为空气介质层，第二介质层和透明导体反射层之间也为空气介质层，空气介质层也呈现为透明效果，因此，该吸波单元结构可以实现透明效果；且第一透明导体结构层，第二透明导体结构层，导体反射层的厚度都极薄，这三个导体层具有柔性，导体结构层均承载于柔性的介质基板上，而且第一介质层和第二透明导体结构层之间为空气介质层，第二介质层和第三介质层之间也为空气介质层，空气介质层也具有柔性，因此该吸波单元结构也可以实现柔性的效果。同时为了保证电磁波的吸收率，本申请实施例中通过两层透明导体结构(第一透明导体结构层和第二透明导体结构层)提高吸收率。本申请实施例中的吸波材料结构同时兼具透明、柔性且较高吸收率的特点。本实施例中的吸波单元结构可以应用于透明和柔性的应用场景，例如，显示屏、天线(天线定向发射信号)、可穿戴设备、电磁屏蔽室的观察窗、飞机视窗、某些私密性相对较高的墙体、门窗、真空玻璃等等，极大了扩展了吸波材料的应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对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，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中吸波单元结构的立体示意图；
图2为本申请实施例中吸波单元结构的侧视图；
图3为本申请实施例中第一透明导体结构层的结构示意图；
图4为本申请实施例中第二透明导体结构层的结构示意图；
图5为本申请实施例中吸波单元结构不包含第一透明导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的环宽度w4发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图6为本申请实施例中不包含第一透明导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的一个侧边的外沿至第二介质层的对应侧边外沿的垂直距离g3发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图7为本申请实施例中吸波单元结构不包含第一透明导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的方阻值Rs2发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图8为本申请实施例中第一透明导体结构层的方阻值Rs1发生改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图9为本申请实施例中第一间距h1发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图10为本申请实施例中吸波单元结构的周期p改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图11为本申请实施例中第二间距h2发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图12为本申请实施例中第三间距w2发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图13为本申请实施例中第一延伸部的宽度w3发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图14为本申请实施例中第二透明导体层的方阻值Rs2发生改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图；
图15为本申请实施例中电磁波以TE模式不同角度入射到吸波材料表面时；
图16为本申请实施例中电磁波以TM模式不同角度入射到吸波材料表面时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。
附图中标记说明：
1-第一透明导体结构层；
11-第一子结构；111-中心部；112-第一延伸部；113-第二延伸部；114-环形开槽；12-第二子结构；121-外框部；122-第三延伸部；
2-第一介质层；
3-第二透明导体结构层；
4-第二介质层；
5-第三介质层；
6-透明导体反射层。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种吸波单元结构，用于实现透明且柔性的效果，扩大了吸波材料的应用场景。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
吸波材料，是指能吸收或者大幅减弱辐射到它表面的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类材料。吸波材料主要通过材料的电磁损耗来吸收入射电磁波的能量。吸波材料可以包括多个本申请实施例中所述的周期性排列的吸波单元结构。
本申请实施例中吸波单元结构包括：该吸波单元结构按照顺序包括第一透明导体结构层、第一介质层；第二透明导体结构层、第二介质层；第二介质层、透明导体反射层；第一介质层及印制于所述第一介质层一表面的第一透明导体结构层；第二介质层及印制于所述第二介质层第一表面的第二透明导体结构层；第三介质层及印制于所述第二介质层第一表面的透明导体反射层；所述第一介质层与所述第二透明导体结构层之间通过空气介质层或真空层隔离，且第一介质层与该第二透明导体结构层之间具有第一间距；该第二介质层与第三介质层之间为空气介质层或真空层且具有第二间距。该第一透明导体结构层、第一介质层、第二透明导体结构层、第二介质层、第二介质层、透明导体反射层这六个层的几何中心在同一条直线上。其中，该第一介质层用于对第一透明导体结构层的承载。第二介质层用于对第二透明导体结构层的承载。第三介质层用于对透明导体反射层的承载。透明导体反射层为连续导体薄膜；第一透明导体结构层用于对入射到该导体结构层表面的电磁波进行吸收，该第一透明导体结构层也可以理解为将导体印制成的图案层，该第一透明导体结构层也可以称为导体图案层；第二透明导体结构层也可以理解为导体图案层；第一透明导体结构层及第二透明导体结构层可以等效为谐振电路，电磁波从该导体结构层入射，在不同的频率下产生谐振，形成不同谐振峰，多个吸收峰相互叠加，从而拓宽带宽。第二透明导体结构层用于吸收第一透明导体结构层未吸收的电磁波，以提高吸收率，导体反射层用于对入射到吸波单元结构的电磁波进行屏蔽，电磁波从一侧空间向另一侧空间(第二介质层与第三介质层中间的空气介质层)传播，当未被衰减的电磁波达到导体反射层表面时，被导体反射层反射，以实现屏蔽电磁波的效果。
下面结合附图对本申请实施例中提供的一种吸波单元结构进行详细说明。
请结合图1和图2进行理解，图1为本申请实施例中吸波单元结构的立体示意图。图2为本申请实施例中吸波单元结构的侧视图。该吸波单元结构具体包括：第一介质层2及印制于第一介质层2第一表面的第一透明导体结构层1；第二介质层4及印制于第二介质层4第一表面的第二透明导体结构层3；第三介质层5及印制于第三介质层5第一表面的透明导体反射层6；第一介质层2与第二透明导体结构层3之间为空气介质层或真空层且具有第一间距；第二介质层4与第三介质层5之间为空气介质层或真空层且具有第二间距；第一介质层1、第二介质层3和第三介质层5的侧边固定于丙烯酸树脂框架，第一介质层1、第二介质层3和第三介质层5可以通过树脂框架固定连接。该第一间距的大小和第二间距的大小用于有效调节吸收频带。该第一介质层2、第二介质层4和第三介质层5均由聚对笨二甲酸乙二脂PET材料制成。PET又俗称涤纶树脂，PET塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性。PET塑料具有很好的光学性能和良好的光学透明性。电绝缘性能良好，且具有质量轻、韧性高，良好的柔性等特点，该PET材料介电常数为3.2，正切损耗为0.003。
具体的，1)该第一间距h1的取值范围为2.34mm-5.34mm，h1可以为2.34mm-5.34mm中的任一数值，例如，h1可以为2.34mm、3.34mm、5.34等，本示例中，该h1可以为2.34mm为例进行说明。
2)第二间距h2的取值范围为1.46mm-3.46mm，h2可以为1.46mm-3.46mm中的任一数值，例如，h2可以为1.46mm、2.46mm、3.46mm等，本示例中，该h1可以为2.46mm为例进行说明。
3)第一透明导体结构层1的厚度(用“t1”表示)，该t1的取值范围为2.5um-3.5um，t1可以为2.5um-3.5um中的任一数值，例如，t1可以为2.5um、2.9um，3.5um等，本实施例中，该t1可以以2.9um为例进行说明。
4)第一介质层2的厚度(用“t2”表示)，该t2的取值范围可以为0.15mm-0.25mm，t2可以为0.15mm至0.25mm中的任一数值，例如，t2可以为0.15mm、0.2mm、0.25mm等。本实施例中，该t2可以以0.2mm为例进行说明。
5)第二透明导体结构层3(用“t3”表示)，该t3的取值范围可以为0.1um-0.2um，t3可以为0.1um至0.2um中的任一数值，例如，t3可以为0.1um、0.15um、0.2um等，本实施例中，该t3可以以0.15um为例进行说明。
6)第二介质层4的厚度(用“t4”表示)，该t4的取值范围可以可以为0.15mm-0.25mm，t4可以为0.15mm至0.25mm中的任一数值，例如，t4可以为0.15mm、0.2mm、0.25mm等。本实施例中，该t4可以以0.2mm为例进行说明。
7)第三介质层5的厚度(用“t5”表示)，该t5的取值范围可以为0.15mm-0.25mm，t5可以为0.15mm至0.25mm中的任一数值，例如，t5可以为0.15mm、0.2mm、0.25mm等。本实施例中，该t5可以以0.2mm为例进行说明。
8)透明导体反射层6的厚度(用“t6”表示)，导体反射层无导体图案，该t6的取值范围可以为30um-40um，t6可以为30um至40um中的任一数值，例如，t6可以30um、35um、40um等，本实施例中，该t6可以以35um为例进行说明。
本示例中，该吸波单元导体的厚度(即从第一透明导体结构层1的上表面至透明导体反射层6下表面的垂直距离)可以约为5.6mm。
可选的，该第一透明导体结构层1、第二透明导体结构层3和透明导体反射层6均由透明导体材料制成，透明导体材料为氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)材料或者氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)材料。其中，ITO作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，可以用作透明导电薄膜。IZO属于三元氧化物半导体，将In2O3和ZnO按照一定比例混合在一起形成非晶态的IZO。这种材料是通过把不同晶格结构的多组份材料混合起来形成具有良好的均一性及电学特性等优点的非晶材料,IZO具有良好的均一性、高透明度、强导电性等优点。IZO还具有可在柔性材料衬底上制备，可柔性强，可大面积制备等优点。
本申请实施例中，吸波单元结构中的第一透明导体结构层1、第二透明导体结构层3和透明导体反射层6均为透明导体材料，第二介质层4和第三介质层也为透明柔性材料(PET)制成，第一介质层2和第二透明导体结构层3之间为空气介质层或真空层，第二介质层4和第三介质层5之间也为空气介质层或真空层，空气介质层或真空层呈现透明效果，因此，该吸波单元结构可以实现透明效果；且第一透明导体结构层1的厚度极薄(如2.9um)，第二透明导体结构层设计的厚度也极薄(如0.15um)，导体反射层的厚度也极薄(如0.035mm)，这三个层具有柔性，导体结构层和导体反射层均承载于柔性介质基板上，而且第一介质层2和第二透明导体结构层之间为空气介质层，第二介质层4和第三介质层5之间也为空气介质层，空气介质层可以呈现柔性效果，因此该吸波单元结构也可以实现柔性的效果；且在现有的吸波材料领域，吸波材料的厚度具有一定的限制，常常是通过增加吸波材料的厚度来提高吸波材料的吸收率。本申请实施例中该吸波单元结构的总体厚度很薄大约5.6mm，设计的非常轻薄，通过两层透明导体结构(第一透明导体结构和第二透明导体结构)来提高吸收率。本申请实施例中的吸波材料结构同时兼具透明、柔性且较高吸收率的特点。
可选的，请参阅图3所示，图3为本申请实施例中第一透明导体结构层1的结构示意图。第一透明导体结构层1包括第一子结构11和第二子结构12；第一子结构11包括中心部111，及与中心部111一体成型且向透明导体结构层边缘方向延伸的M个第一延伸部112和N个第二延伸部113，M和N均为偶数；第一子结构11内导体连续，第二子结构12内导体连续，第一子结构11和第二子结构12之间无连接关系。本实施例中，该中心部111的具体形状并不限定，例如，该中心部111可以圆形，或者，该中心部111也可以为正方形，本实施例中，该中心部111可以以正方形为例进行说明，该中心部111的边长(用“l2”表示)。该l2的取值范围可以为3mm-5mm，l2可以为3mm至5mm中的任一数值，例如，l2可以为3mm、4mm、5mm等，本示例中，该l2可以以4mm为例进行说明。
在M个第一延伸部112中的任两个相邻的第一延伸部112之间具有至少一个第二延伸部113，每个第二延伸部113包括至少一个第一条形结构；第二子结构12包括外框部121，及与外框部121一体成型且向中心部111方向延伸的第三延伸部122，第三延伸部122包括至少一个第二条形结构；第一条形结构和第二条形结构间隔排列，相邻的第一条形结构和第二条形结构相互平行且之间具有第三间距。
可选的，该外框部121可以为正方形环状结构，环状结构的环宽度的取值范围为1.0mm-1.2mm；该环宽度(用“w1”表示)可以为1.0mm-1.2mm中的任一数值，例如，该w1为1.0mm、1.1mm或1.2mm等，本示例中，该w1可以以1.1mm为例进行说明。该外框部121的边长长度(用“l1”表示)的取值范围为16mm-17mm。l1可以为16mm至17mm中的任一数值，例如，l1可以为16mm、16.25mm或17mm等，本示例中，l1可以以16.25mm为例进行说明。
可选的，第三间距的取值范围为0.1mm-0.3mm。该第三间距(用“g2”表示)可以为0.1mm至0.3mm中的任一数值，例如，该g2可以为0.1mm至0.3mm中的任一数值，例如，g2可以为0.1mm、0.2mm或0.3mm等等，本申请实施例中，该g2可以以0.2为例进行说明。
可选的，请参阅图3进行理解，该第一延伸部112为周期性的弯折带状结构；在一种可能的实现方式中，该弯折带状结构可以为方波形结构(如图3所示)；在另一种可能的实现方式中，该弯折带状结构可以为锯齿状结构(图中未示)；本实施例中，该弯折带状结构的目的是为了在有限的空间内增加带状结构的长度，而增加该带状结构的长度可以使得吸收频带向低频移动，改善低频的吸收效果。弯折带的宽度(用“w3”表示)的取值范围为0.2mm-0.6mm。w3可以为0.2mm-0.6mm范围的任一数值，例如，该w3可以为0.2mm、0.4mm、0.6mm等等；第一延伸部112长度(用“l3”表示)的取值范围为4.0mm-5.5mm，l3的长度可以为4.0mm至5.5mm中的任一数值，例如，l3可以为4.0mm、4.5mm、4.8mm、5.0mm或5.5mm等，该第一延伸部112的尺寸为导体结构层中比较重要的参数，该第一延伸部112的尺寸可以影响该吸波单元结构对低频的吸收性能，增加w3的值和l3均可以提高吸波单元结构对低频的吸收性能。
可选的，本实施例中，M可以为2、4、6等；N可以为2、4、6、8等，该需要说明的是，M、N的取值不同，该导体结构不同，对于频带吸收结果会有差异，为了方便说明，本实施例中以一种结构进行示例性说明，请参阅图2进行理解。本实施例中，M可以以4为例，第一延伸部112的数量为4个，相邻两个第一延伸部112之间的夹角为90°。该第一延伸部112和与第一延伸部112相邻的第二延伸部113具有夹角，夹角小于或者等于45°。例如，该夹角可以为20°，22°，30°，33°等等。在一种可能的实现方式中，第二延伸部113的数量为4个，则任两个相邻的第一延伸部112之间具有一个第二延伸部113，第一延伸部112与相邻的第二延伸部113之间的夹角为45°。在第二种可能的实现方式中，第二延伸部113的数量为8个，则任两个相邻的第一延伸部112之间具有两个第二延伸部113，第一延伸部112与其相邻的第二延伸部113之间的夹角(用“θ”表示)的取值范围为20°-33°，该夹角可以为20°至33°中的任一数值，例如，该夹角可以为22°。该夹角可以调节间隔排列的第一条形结构和第二条形结构自身在电场极化方向上的有效分量，通过对θ的调整可以有效调节吸收峰所对应的频率。
可选的，请参阅图3进行理解，中心部111为具有环形开槽114的正方形导体膜结构，环形开槽114与正方形导体膜结构的几何中心相同。该环形开槽114可以为圆环开槽，也可以为方形开槽；本申请实施例中，该环形开槽114以圆环形开槽114为例进行说明；圆环形开槽114的外半径为r1，圆环形开槽114的内半径为r2，r2小于该正方形导体膜结构的1/2边长，r1大于r2；其中，r1的取值范围为0.75mm-1.75mm，例如，该r1可以为0.75mm、1.25mm、1.75mm；r2的取值范围为0.5mm-1.5mm；例如，该r2可以为0.5mm、1.0mm、1.5mm；可以理解的是，该中心部111包括第一子部和第二子部，该第一子部和第二子部的几何中心相同，第一子部为圆形导体膜结构，第二子部为方形导体膜结构，该圆形导体膜结构的外沿与方形导体膜结构之间具有第四间距，该第四间距与该圆环开槽的环宽度相同，由于存在该第四间距，中心部111不是连续结构，该第四间距会产生等效电容，该第四间距的大小可以用于改善某个频率的吸收强度。
可选的，吸波单元为方体结构，第一介质层2的边长大于透明导体结构层的边长；该第一介质层2的边长、第二介质层4的边长和第三介质层5的边长均相同，第一介质层1、第二介质层3和第三介质层5的侧边固定于丙烯酸树脂框架，第一介质层1、第二介质层3和第三介质层5通过树脂框架连接。该第一介质层2的边长与该吸波单元结构的周期相同，该周期(用“p”表示)的取值范围为18mm-22mm。可以为18mm至22mm中的任一数值，例如，该p可以为18mm、20mm、22mm等。例如，本实施例中，该p可以为18mm为例进行说明。第一介质层2的边长与透明导体结构层的边长的差值的取值范围为1.6mm-1.8mm；外框部121的一个侧边的外沿至第一介质层2的对应侧边外沿的垂直距离(如用“g1”表示)为该差值的二分之一，g1的取值范围为0.8mm-0.9mm，该g1的取值范围为0.8mm至0.9mm中的任一数值，例如，该g1可以为0.8mm、0.875mm、0.9mm等，本申请实施例中，该g1可以为0.875mm为例进行说明。
可选的，请参阅图4所示，图4为第二透明导体结构层的结构示意图。第二透明导体结构层为正方形环状结构，正方形环状结构的环宽度(用“w4”表示)的取值范围为0.5mm-1.5mm。例如，w4可以为0.5mm、1.0mm、1.5mm等。该第二介质层4的边长(用“p”表示)与第二透明导体结构层3的边长(用“l2”表示)的差值的取值范围为0.5mm-2.5mm；该第二透明导体结构层3的一个侧边的外沿至第二介质层4的对应侧边外沿的垂直距离(如用“g3”表示)，g3的取值范围为0.25mm-1.25mm，例如，该g3可以为0.25mm、0.5mm、1.25mm。
可选的，第一透明导体结构层1的方阻值(用“Rs1”表示)的取值范围为30Ω-100Ω，例如，该Rs1可以为30Ω、60Ω、100Ω；第二透明导体结构层的方阻值(用“Rs2”表示)的取值范围为35Ω-1200Ω。例如，该Rs1可以为35Ω、75Ω、1200Ω。透明导体反射层6的方阻值(用“Rs3”表示)为1Ω-10Ω，例如，该Rs3可以为1Ω、5Ω、10Ω等。
本申请实施例中，第一介质层2与第二透明导体层3之间通过空气介质隔离且第具有第一间距，第二介质层4与第二透明导体层3之间也通过空气介质隔离且具有第二间距，该第一间距的大小和第二间距的大小用于调节吸收频带；空气介质和导体反射层等效于传输结构；该导体结构层包括第一子结构11和第二子结构12，第一子结构11和第二子结构12各自内具有连通区域，第一子结构11和第二子结构12之间无连接关系；第一子结构11包括设置于导体结构层几何中心位置的中心部111，及与中心部111一体成型且向导体结构层边缘方向延伸的M个第一延伸部112和N个第二延伸部113，第一子结构11导体薄膜及第二子结构12导体薄膜的各自连通区域产生电感效应；在M个第一延伸部112中的任两个相邻的第一延伸部112之间具有至少一个第二延伸部113，每个第二延伸部113包括至少一个第一条形结构；第二子结构12包括外框部121，及与外框部121一体成型且向中心部111方向延伸的第三延伸部122，第三延伸部122包括至少一个第二条形结构；第一条形结构和第二条形结构间隔排列，相邻的第一条形结构和第二条形结构相互平行且之间具有第三间距，该第三间距可以产生相应的等效电容。且本申请实施例中包括双层透明导体结构层，透明导体结构(即透明导体图案)等效分布电容和电感的相关调节，导体结构层等效谐振电路，通过导体结构的设计优化阻抗匹配，从而使得吸波单元结构满足在较宽频带内对电磁波具有较高的吸收率，此外，本申请设计的导体结构(导体图案)具有空间上的四重旋转对称性(导体图案围绕旋转轴旋转90°之后，得到的导体图案与原图案完全重合)，因此可以保证在双极化模式(TE和TM)下都能保持很好的电磁吸收功能。同时，整个电磁吸收达90％以上的性能完全覆盖了整个X(8GHz-12GHz)和Ku(12GHz-18GHz)波段，具有显著的宽带效应特征。
本实施例中的吸波单元结构可以应用于透明和/或柔性的应用场景。例如，显示屏、天线(天线定向发射信号)、可穿戴设备、电磁屏蔽室的观察窗、飞机视窗、某些私密性相对较高的墙体、门窗、真空玻璃等等。同时，电磁波吸收率达90％以上的性能完全覆盖了整个X和Ku波段，具有显著的宽带效应特征。需要说明的是，应用于真空玻璃中，第一介质层和第二介质层之间通过真空隔离，在实际应用中，导体结构层及第一介质层可以固定于真空玻璃中的第一层玻璃上，导体反射层和第二介质层固定于真空玻璃的第二层玻璃上，第一层玻璃和第二层玻璃之间为真空层，应用了该吸波材料的真空玻璃既可以实现电磁波屏蔽，又可以有效阻隔声音传递。需要说明的是，本申请实施例中的吸波单元结构尤其可以应用在第五代移动通信网络5G领域，在5G中有很多不同的应用场景，其中车联网、物联网是非常常见的场景，毫米波级别的传播对电磁干扰和屏蔽要求更高。5G网络拥有更强的性能，支持高速率、低时延、大连接的应用场景。高频率的引入、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长，设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在。未来高频率高功率电子产品的瓶颈是其产生的电磁辐射，电子产品在设计时将会加入越来越多的吸波材料。本申请实施例中吸波材料结构具有设计轻薄、透明且柔性、宽带吸收率高的特点，可以应用于高性能的通讯设备、计算机、智能手机、汽车、人工智能等终端产品的电磁波屏蔽。
本申请实施例中还提供了一种吸波材料，该吸波材料包括上述多个周期性排列的吸波单元结构。对该吸波材料进行仿真实验，利用仿真软件建立无限大周期阵列排布吸波材料目标体。通过激励源发射电磁波，测试频段为1GHz-18GHz，电磁波入射到吸波材料目标体，测试目标体吸收电磁波的频带及对应的吸收率。
这里需要指出的是，透明导体反射层做了相应的参数优化，保证了其透过率小于-30dB。需要说明的是，可以选定上述实施例中的参量，可以首先选定一些变量的数值，相关参量为p、l1、l2、l3、l4、l5、l6、h1、h2、t1、t2、t3、t4、t5、t6、g1、g2、g3、w1、w2、w3、w4、r1、r2、Rs1、Rs2、Rs3。改变其中某些参量的取值，相应的吸波材料吸收特性也会发生相应的改变。
为了验证本申请中双层透明导体结构层的优势，请参阅图5-图7进行理解，图5-图7为仅包含第二介质层、第二透明导体结构层、第三介质层和透明导体反射层这四个层时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。
请参阅图5所示，图5为本申请实施例中吸波单元结构不包含第一导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的环宽度w4发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图5可以看出，当w4为0.5mm、1.0mm和1.5mm时，在整个测试频段内，吸收率均在80％以下。
请参阅图6所示，图6为本申请实施例中吸波单元结构不包含第一导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的一个侧边的外沿至第二介质层的对应侧边外沿的垂直距离g3发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图6可以看出，当g3为0.25mm、0.75mm和1.25mm时，在整个测试频段内，吸收率均均在80％以下。
请参阅图7所示，图7为本申请实施例中吸波单元结构不包含第一导体结构层和第一介质层时，第二透明导体结构层的方阻值Rs2发生变化，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图7可以看出，Rs2为35欧姆、75欧姆和1200欧姆时，在整个测试频段内，吸收率均均在80％以下。
从图5至图7特征曲线示意图可以明显看出，整个计算频段内吸收性能均在80％以下。
本申请提出通过双层的导体结构层的设计来进一步提升材料的电磁吸收强度。即本申请实施例中的吸收单元结构依次包括：第一透明导体结构层、第一介质层、第二透明导体结构层、第二介质层、第三介质层和透明导体反射层。
本申请实施例中，示例性改变几个参量的取值时，相应的吸波材料吸收特性也会发生相应的改变，以满足某些特殊的定制化需求。
请参阅图8所示，图8为本申请实施例中第一透明导体结构层的方阻值Rs1发生改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图8可以看出，方阻值Rs1在30Ω-100Ω范围内，随着方阻值Rs1的变大，对应的吸波材料吸收效果并未出现单调的特性，当Rs2＝60Ω时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当Rs2＝30Ω时，在5GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果，且吸波材料会在5GHz和17GHz出现两个吸收极大值，非常适用于一些需要吸收频率调谐的场合。当Rs2＝100Ω时，在9GHz-17GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
请参阅图9所示，图9为本申请实施例中第一间距h1发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图9可以看出，在2.34mm-5.34mm范围内，随着h1的增大，相应吸收曲线的第一吸收峰值会往低频偏移，其吸收带宽并未出现单调的特征，当h1＝2.34mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当h1＝3.34mm时，在6GHz-15GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当h1＝5.34mm时，在4.2GHz-11GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
请参阅图10所示，图10为本申请实施例中吸波单元结构的周期p改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图10中可以看出，在18mm-22mm范围内，随着周期p的增大，相应吸收曲线的吸收峰值会往高频偏移，当p＝18mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当p＝20mm时，在8GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当p＝22mm时，在9GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。周期对于该吸波材料带宽设计来说是非常关键的参数。
请参阅图11所示，图11为本申请实施例中第二间距h2发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图11中可以看出，在1.46mm-3.46mm范围内，随着h2的增大，相应吸收曲线的吸收峰值会往低频偏移，其吸收带宽并未出现明显的改变，当h2为1.46mm、2.46mm、3.46mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
请参阅图12所示，图12为本申请实施例中第三间距w2发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图12中可以看出，在0.1mm-0.3mm范围内，随着w2的增大，相应吸收曲线的吸收峰值会往低频偏移，但90％吸收带宽并未出现单调的变化特征，当w2＝0.1mm时，在7.5GHz-17GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当w2＝0.2mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。当w2＝0.3mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
请参阅图13所示，图13为本申请实施例中第一延伸部的宽度w3发生变化时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图13中可以看出，在0.2mm-0.6mm范围内，随着w3的增大，相应吸收曲线的吸收峰值会往低频偏移，但90％吸收带宽并未出现明显变化特征，当w3为0.2mm、0.4mm、0.6mm时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
请参阅图14所示，图14为本申请实施例中第二透明导体层的方阻值Rs2发生改变时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图13中可以看出，在35Ω-1200Ω范围内，随着方阻值Rs2的变大，对应的吸波材料吸收效果并未出现明显变化特征。当Rs2为35Ω、100Ω、1200Ω时，在7GHz-18GHz范围内，吸收率可以达到90％以上的吸收效果。
与电磁波垂直入射相比，电磁波从任意角度入射可以分解为线性TE极化波和TM极化波。因此，斜入射下吸波材料的吸波性能必须从TE极化波和TM极化波两种极化方式综合考虑。
请参阅图15所示，图15为本申请实施例中电磁波以TE模式不同角度入射到吸波材料表面时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图15中可以看出，在0°-45°范围内，随着theta的增大，相应吸收曲线会整体往高频偏移，但当入射角达到45°时，90％吸收带宽会出现较明显的减小，但在约7.8GHz-18GHz频段内仍有80％以上的吸收效果，依然可以满足很多应用场景。
请参阅图16所示，图16为本申请实施例中电磁波以TM模式不同角度入射到吸波材料表面时，所对应的频率-吸收率的特征曲线示意图。从图16中可以看出，在0°-45°范围内，随着theta的增大，相应吸收曲线也会整体往高频偏移，但当入射角达到45度时，低频4GHz-8GHz对应90％吸收无法保证，但在约10GHz-18GHz频段内仍有80％以上的吸收效果，同样可以满足很多应用场景。
需要说明的是，图2至图4所标识的其它相关几何参量的值改变时，也会相应的引起吸收曲线发生相应的偏移，同时带宽也会发生相应的改变，这里不一一举例。
综上，吸波单元结构的各参量示例性的取值可以为：p＝18mm；l1＝16.25mm；l2＝4.0mm；l3＝4.8mm；l4＝5.0mm；l5＝1.2mm；l6＝17.5mm；h1＝2.34mm；h2＝2.46mm；t1＝2.9um；t2＝0.2mm；t3＝0.15um；t4＝0.2mm；t5＝0.2mm；t6＝35um；g1＝0.875mm；g2＝0.2mm；g3＝0.25mm；w1＝1.1mm；w2＝0.2mm；w3＝0.4mm；w4＝0.5mm；r1＝0.75mm；r2＝0.5mm；Rs1＝60Ω；Rs2＝1200Ω；Rs3＝5Ω。本申请实施例中，实现了7GHz-18GHz宽频带范围内90％以上的吸收效果。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种吸波单元结构，其特征在于，包括：第一介质层及印制于所述第一介质层第一表面的第一透明导体结构层；第二介质层及印制于所述第二介质层第一表面的第二透明导体结构层；第三介质层及印制于所述第三介质层第一表面的透明导体反射层；所述第一介质层与所述第二透明导体结构层之间具有第一间距；所述第二介质层与第三介质层之间具有第二间距；所述第一间距的大小和所述第二间距的大小用于调节吸波单元结构的吸收频带；所述第一介质层、所述第二介质层和所述第三介质层均由聚对笨二甲酸乙二脂PET材料制成。
2.根据权利要求1所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第一间距的取值范围为2.34mm-5.34mm；所述第二间距的取值范围为1.46mm-3.46mm。
3.根据权利要求1所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第一透明导体结构层包括第一子结构和第二子结构；所述第一子结构包括中心部，及与所述中心部一体成型且向所述透明导体结构层边缘方向延伸的M个第一延伸部和N个第二延伸部，所述M和所述N均为偶数；在所述M个第一延伸部中的任两个相邻的第一延伸部之间具有至少一个所述第二延伸部，每个所述第二延伸部包括至少一个第一条形结构；所述第二子结构包括外框部，及与所述外框部一体成型且向所述中心部方向延伸的第三延伸部，所述第三延伸部包括至少一个第二条形结构；所述第一条形结构和所述第二条形结构间隔排列，相邻的所述第一条形结构和所述第二条形结构相互平行且之间具有第三间距。
4.根据权利要求3所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第一延伸部为周期性的弯折带状结构；弯折带的宽度的取值范围为0.2mm-0.6mm；所述外框部为正方形环状结构，所述正方形环状结构的环宽度的取值范围为1.0mm-1.2mm。
5.根据权利要求3所述的吸波单元结构，其特征在于，所述中心部为具有环形开槽的正方形导体膜结构，所述环形开槽与所述正方形导体膜结构的几何中心相同。
6.根据权利要求1所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第一透明导体结构层、第二透明导体结构层和所述透明导体反射层均由透明导体材料制成，所述透明导体材料为氧化铟锌IZO材料或氧化烟锡ITO。
7.根据权利要求1所述的吸波单元结构，其特征在于，所述吸波单元为方体结构，所述第一介质层的边长大于所述透明导体结构层的边长；所述第一介质层的边长与所述透明导体结构层的边长的差值的取值范围为1.6mm-1.8mm；所述第一介质层的边长的取值范围为18mm-22mm。
8.根据权利要求1所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第二透明导体结构层为正方形环状结构，所述正方形环状结构的环宽度的取值范围为0.5mm-1.5mm。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的吸波单元结构，其特征在于，所述第一透明导体结构层的方阻值的取值范围为30Ω-100Ω；所述第二透明导体结构层的方阻值的取值范围为35Ω-1200Ω。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的吸波单元结构，其特征在于，所述吸波单元结构为方体结构，所述第二介质层的边长与所述第二透明导体结构层的边长的差值的取值范围为0.5mm-2.5mm。
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