CN112563759B - 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体 - Google Patents

一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体 Download PDF

Info

Publication number
CN112563759B
CN112563759B CN202011375291.4A CN202011375291A CN112563759B CN 112563759 B CN112563759 B CN 112563759B CN 202011375291 A CN202011375291 A CN 202011375291A CN 112563759 B CN112563759 B CN 112563759B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stacked
metal
wave
dual
body 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.)
Active
Application number
CN202011375291.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112563759A (zh
Inventor
邓光晟
孙寒啸
吕坤
杨军
尹治平
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.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of 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 Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN202011375291.4A priority Critical patent/CN112563759B/zh
Publication of CN112563759A publication Critical patent/CN112563759A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112563759B publication Critical patent/CN112563759B/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
    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体，所述吸波单元包括金属薄膜、第一损耗介质和主体结构；第一损耗介质平铺在金属薄膜上，主体结构堆放在所述第一损耗介质上；主体结构为四棱台形状的堆叠台体结构中的每层金属方块层绕堆叠台体结构的中轴线旋转预设角度得到的堆叠结构旋转体。本发明提供旋转堆叠台体结构的方式，在不改变堆叠台体结构原有的吸收频率段的基础上增加一段超宽吸收频段，实现在微波频带双频超宽带电磁波吸收。

Description

一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体
技术领域
本发明涉及超材料技术领域，特别涉及一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体。
背景技术
超材料是一种具有亚波长特性的人工复合结构，由于其可以通过灵活的设计实现一些如负折射、负反射和逆多普勒效应等在自然界中稀有或者不存在的物理特性被研究人员广泛的研究。超材料吸波体是该研究系列的一个引起大量关注的应用方向。超材料吸波体是由多个吸波单元周期排列组成的结构，具有吸收入射电磁波能量实现零反射的一种器件。
目前，对于超材料吸波体的研究已经有了大量的优秀成果，研究方向主要集中在吸收效率和吸收宽带上。研究人员已经通过通过多层叠加或者并排多个谐振结构实现了各个频率范围的吸收带宽的扩展。然而对于双频宽带的吸收体的比较缺乏，如何提供一种双频超宽带的超材料吸波体成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体，以实现双频超宽带电磁波吸收。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双频超宽带超材料吸波单元，所述吸波单元包括金属薄膜、第一损耗介质和主体结构；
所述第一损耗介质平铺在所述金属薄膜上，形成损耗介质层，所述主体结构堆放在所述第一损耗介质上；
所述主体结构为四棱台形状的堆叠台体结构中的每层金属方块层绕堆叠台体结构的中轴线旋转预设角度得到的堆叠结构旋转体。
可选的，所述堆叠台体结构由N层的金属方块层堆叠而成，相邻两个金属方块层之间填充有第二损耗介质；所述堆叠台体结构的金属方块层通过所述第二损耗介质固定。
可选的，每层金属方块层的旋转的预设角度为
Figure BDA0002807050130000021
其中，αn表示第n层金属方块层的旋转的预设角度，N表示金属方块层的层数。
可选的，所述第一损耗介质和所述第二损耗介质的材料为光敏树脂。
可选的，所述堆叠台体结构中的金属方块层的层数为20层。
可选的，所述金属方块层的材料为导电银浆。
可选的，所述金属薄膜的材料为金属铜。
一种双频超宽带超材料吸波体，所述吸波体包括周期排列的多个吸波单元。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体，所述吸波单元包括金属薄膜、第一损耗介质和主体结构；第一损耗介质平铺在金属薄膜上，主体结构堆放在所述第一损耗介质上；主体结构为四棱台形状的堆叠台体结构中的每层金属方块层绕堆叠台体结构的中轴线旋转预设角度得到的堆叠结构旋转体。本发明提供旋转堆叠台体结构的方式，在不改变堆叠台体结构原有的吸收频率段的基础上增加一段超宽吸收频段，实现在微波频带双频超宽带电磁波吸收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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得其他的附图。
图1为本发明提供的堆叠台体结构三维结构的示意图；
图2为本发明提供的堆叠台体结构三维结构的侧视图；
图3为本发明提供的堆叠台体结构三维结构的俯视图；
图4为本发明提供的吸波单元的三维外部结构的示意图；
图5为本发明提供的吸波单元的三维结构示意图；
图6为本发明在电磁波垂直入射下的吸收率仿真结果图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体，以实现双频超宽带电磁波吸收。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
实施例1：
所述的每个吸波单元如图4和图5所示，包括有底层的金属薄膜4，中间的损耗介质层3，以及主体结构中的金属方块层和填充用的第二损耗介质2。其中，金属方块层作为金属谐振单元1。所述的主体结构连接在损耗介质层3上。所述的金属谐振单元1共有20层，每一层的金属谐振单元1的厚度相同，间隔相同，边长大小按比例由下至上依次缩减。所述的主体结构是通过如图1-图3所示的堆叠台体结构旋转180°实现的。堆叠台体结构旋转180°是指，将构成主体结构的金属谐振单元1和填充用的第二损耗介质2以z轴为旋转轴，保持主体结构的底面不变，顶面旋转180°，中间部分的旋转角度从下而上依高度成比例增加的方式确定。
本发明中所有金属谐振结构单元1，共20层，选用的是导电银浆材料。中间的损耗介质层3和填充用损耗介质2的材质相同，都是光敏树脂。
如图1-图3所示的堆叠台体结构本身因为多层的金属谐振单元1之间的耦合，形成了宽带吸收。通过旋转主体结构180°，可以有效的增加一段宽带吸收。
具体实施过程中，相应的结构设置包括：
吸波单元的整体为正方形的周期结构，吸波单元的宽度为p，底面的金属薄膜的厚度为t，中间的第一损耗介质层的厚度是h2。主体结构是一个高度为h，底面为边长a的正方形，斜侧面与水平面夹角为θ的四棱方台结构(如图1)，旋转180°角形成的，如图4和图5所示。主体结构内部是由20层金属-介质层组成的，每层金属谐振单元1的厚度为h1，金属谐振单元1之间的间距为h2，每层金属谐振单元与主体结构边缘在水平面上的距离为w。
吸波单元的金属薄膜的材质是金属铜，中间损耗介质层和填充用损耗介质的材质相同，都是光敏树脂，金属谐振单元都是由导电银浆构成的。
在具体的应用中的设置：如图2所示，吸波单元的尺寸p＝11mm，底层的金属薄膜的厚度为t＝0.02mm，中间的第一损耗介质层的厚度为h2＝0.23mm。主体结构的高度为h＝5.0mm，底面边长为a＝8.9mm，斜侧面与水平面的夹角为θ＝60°。主体结构内部的每层金属谐振单元的厚度为h1＝0.02，间隔距离为h2＝0.23mm，与主体结构边缘在水平面上的距离为w＝0.2。
吸波单元的金属薄膜的材质是金属铜；中间损耗介质层和填充用损耗介质的材质相同，都是光敏树脂，介电常数为2.9，损耗正切值为0.02；金属谐振单元都是由导电银浆构成的，电导率为588200s/m。
图6为本发明在电磁波垂直入射情况下的吸收率仿真结果图。其中虚线表示本发明未旋转前的堆叠台体结构(如图1-3)的仿真结果图，实线表示本发明(即旋转180°以后的堆叠结构旋转体)的仿真结构图。从图6可以看出，未旋转前的单元因为多层之间的谐振作用而实现9.8GHz至18.7GHz的吸收带宽，而旋转180°以后，不仅保持了9.7GHz至18.6GHz的吸收带宽，在高频处还产生了21.8GHz至29.0GHz的吸收带宽，实现微波频段的双频段超宽带吸收。
实施例2：
本发明的双频超宽带超材料吸波体为无限周期结构，包括多个周期排列的吸波单元。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种双频超宽带超材料吸波单元，其特征在于，所述吸波单元包括金属薄膜、第一损耗介质和主体结构；
所述第一损耗介质平铺在所述金属薄膜上，形成损耗介质层，所述主体结构堆放在所述第一损耗介质上；
所述主体结构为四棱台形状的堆叠台体结构中的每层金属方块层绕堆叠台体结构的中轴线旋转预设角度得到的堆叠结构旋转体；所述堆叠台体结构由N层的金属方块层堆叠而成，相邻两个金属方块层之间填充有第二损耗介质；所述堆叠台体结构的金属方块层通过所述第二损耗介质固定；
每层金属方块层的旋转的预设角度为
Figure FDA0003535894470000011
其中，αn表示第n层金属方块层的旋转的预设角度，N表示金属方块层的层数。
2.根据权利要求1所述的双频超宽带超材料吸波单元，其特征在于，所述第一损耗介质和所述第二损耗介质的材料为光敏树脂。
3.根据权利要求1所述的双频超宽带超材料吸波单元，其特征在于，所述堆叠台体结构中的金属方块层的层数为20层。
4.根据权利要求1所述的双频超宽带超材料吸波单元，其特征在于，所述金属方块层的材料为导电银浆。
5.根据权利要求1所述的双频超宽带超材料吸波单元，其特征在于，所述金属薄膜的材料为金属铜。
6.一种双频超宽带超材料吸波体，其特征在于，所述吸波体包括周期排列的多个权利要求1-5任一项所述的吸波单元。
CN202011375291.4A 2020-11-30 2020-11-30 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体 Active CN112563759B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011375291.4A CN112563759B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011375291.4A CN112563759B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112563759A CN112563759A (zh) 2021-03-26
CN112563759B true CN112563759B (zh) 2022-06-10

Family

ID=75045513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011375291.4A Active CN112563759B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112563759B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113394572B (zh) * 2021-07-20 2022-07-29 合肥工业大学 一种基于三维谐振结构的超材料吸波器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716247A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 上海海事大学 一种在可见光高反及在中红外高吸的超材料选择性吸波体
CN111205820A (zh) * 2020-02-10 2020-05-29 大连理工大学 受金龟子甲壳螺旋结构启发的适应多种波及多功能仿生吸波超材料
CN211826588U (zh) * 2019-10-14 2020-10-30 上海海事大学 一种用于辐射制冷的红外宽带吸波结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2375496A1 (en) * 2010-04-12 2011-10-12 ETH Zurich Absorber for electromagnetic radiation
US20200023584A1 (en) * 2017-10-03 2020-01-23 California Institute Of Technology Fabrication and design of composites with architected layers
CN209860144U (zh) * 2019-06-04 2019-12-27 成都信息工程大学 一种基于倒π结构的多频超材料吸波体
CN110737034A (zh) * 2019-10-14 2020-01-31 上海海事大学 一种用于辐射制冷的红外宽带吸波结构及其设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN211826588U (zh) * 2019-10-14 2020-10-30 上海海事大学 一种用于辐射制冷的红外宽带吸波结构
CN110716247A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 上海海事大学 一种在可见光高反及在中红外高吸的超材料选择性吸波体
CN111205820A (zh) * 2020-02-10 2020-05-29 大连理工大学 受金龟子甲壳螺旋结构启发的适应多种波及多功能仿生吸波超材料

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Polarization-independent broadband absorber based on pyramidal metal-dielectric grating structure";Jun Wu;《Optical Materials》;20160924;第47-50页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112563759A (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6916965B2 (ja) 制御可能な波吸収メタマテリアル
CN107482323B (zh) 一种太赫兹波段多层超材料宽带吸波体
CN106469858B (zh) 一种吸波体结构
CN106848595A (zh) 一种超薄超宽带随机编码rcs缩减超表面散射器
WO2012126256A1 (zh) 阻抗匹配元件及混合吸波材料
CN112821081A (zh) 具有高频宽带吸波和低频透波的吸透一体化频率选择表面
CN112563759B (zh) 一种双频超宽带超材料吸波单元及吸波体
KR20200019692A (ko) 신규 중공 경량 렌즈 구조
CN114243310A (zh) 一种光学透明宽带高吸波率吸波体
Hamid et al. Frequency selective radome with enhanced transmissive and absorptive response
CN110896171A (zh) 一种超宽带极化转换超表面结构
CN213151025U (zh) 一种超宽带反射型圆极化电磁波相位调控超表面单元结构
CN204732528U (zh) 一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线
CN106558756B (zh) 超材料、超材料天线面板和超材料平板天线
CN106329150B (zh) 一种吸波超材料
CN107706539B (zh) 一种太赫兹波段的单谐振器超材料多带吸波体
CN110471137B (zh) 一种双频段红外吸波器
CN111129783B (zh) 一种功能可重构的超材料宽带极化转换器/吸收器
CN108400448B (zh) 糖果型超材料吸波器
CN112134025B (zh) 一种多频超材料吸波体
CN112134027B (zh) 一种基于立体谐振环相互交叉形成的超材料吸波器件
CN112332108B (zh) 一种超材料吸波体
CN111509395B (zh) Te极化、超宽带、角度可调的电磁波角度选择透明结构
CN212230618U (zh) 一种多频带有源超材料吸波器
CN110011062B (zh) 一种连续十字全介质超材料

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