CN112688084A - 同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构，包括按照从上到下顺序层叠的第一介质基板、第一石墨烯层、隔膜层、第二石墨烯层、第二介质基板、氧化铟锡层、第三介质基板、介质损耗层、反射层和第四介质基板，第一石墨烯层中每个石墨烯频率选择表面单元分别包括一个正方形石墨烯块及分布在正方形石墨烯块周围的四个矩形石墨烯块，第二石墨烯层的结构与第一石墨烯层完全相同，氧化铟锡层中的每个氧化铟锡频率选择表面单元分别包括一个正方形氧化铟锡块及分布在正方形氧化铟锡块周围的四个矩形氧化铟锡块；优点是仅通过石墨烯面阻值的调节即可实现吸波频率调控，在具有光学透明性的同时还具有较大范围的可调吸波频率。

Description

同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构

技术领域

本发明涉及一种电磁吸收结构，尤其是涉及一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构。

背景技术

电磁吸收结构作为一种电磁隐身技术，其能够吸收入射到装备表面的雷达波能量，减小雷达散射截面积，降低己方目标的雷达散射特征，从而实现低可探测性，在军事装备和电子对抗中应用广泛，对于提高飞机舰船等的战场生存能力具有重大作用。

近年来，随着侦查和电子对抗系统的探测手段和频谱的多样化，多频谱多功能的电磁隐身技术已经成为提高电磁隐身性能的迫切需求。典型的功能要求之一是吸波频率的动态可调。传统的电磁吸收结构利用铁氧体、金属微粉和钛酸钡等材料来吸收电磁波，但这些材料本身的电磁特性无法调节，因此只能在固定的一个频段实现强吸收，难以实现吸波频率的实时调控。

当前已出现的具有可调吸波频率的电磁吸收结构主要是基于变容二极管的可调频率选择表面来实现，通过电压调节变容二极管电容，来改变频率选择表面的谐振频率，从而实现吸波频率的调控。但是上述具有可调吸波频率的电磁吸收结构由于采用了不透明的金属和电子元件，无法应用于具有光学透明需求的区域，比如舷窗等部位的电磁隐身，以及其他需要光学透明性的应用领域。

石墨烯是一种新型的二维材料，因其具有高透光性和导电率动态可调的电磁特性，在透明与可调控电磁器件领域具有广阔的应用前景。由于石墨烯在微波频段的高阻特性，非常适合应用于实现微波频段的电磁吸收结构。但是，现有的基于石墨烯的电磁吸收结构虽然具有光学透明性，但是其通过对石墨烯面阻值的调节仅能实现吸收幅度的调控，如果要实现吸收频率的调控仍然需要将石墨烯与可调有源频率选择表面相结合，而这种方法将破坏整体结构的光学透明性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构，该电磁吸收结构仅通过石墨烯面阻值的调节即可实现吸波频率调控，在具有光学透明性的同时还具有较大范围的可调吸波频率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构，包括按照从上到下顺序层叠的第一介质基板、第一石墨烯层、隔膜层、第二石墨烯层、第二介质基板、氧化铟锡层、第三介质基板、介质损耗层、反射层和第四介质基板，所述的第一介质基板、所述的第一石墨烯层、所述的隔膜层、所述的第二石墨烯层、所述的第二介质基板、所述的氧化铟锡层、所述的第三介质基板、所述的介质损耗层、所述的反射层和所述的第四介质基板中相邻两层之间相互连接，所述的第一介质基板、所述的隔膜层、所述的第二介质基板、所述的第三介质基板、所述的介质损耗层、所述的反射层和所述的第四介质基板的横截面均为正方形且四者完全重合；所述的第一石墨烯层由m*n个石墨烯频率选择表面单元构成构成，m*n个石墨烯频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，m为大于等于1的整数，n为大于等于1的整数，每个所述的石墨烯频率选择表面单元分别包括第一正方形石墨烯块、第一矩形石墨烯块、第二矩形石墨烯块、第三矩形石墨烯块和第四矩形石墨烯块，所述的第一正方形石墨烯块的边长为2.7mm，所述的第一矩形石墨烯块、所述的第二矩形石墨烯块、所述的第三矩形石墨烯块和所述的第四矩形石墨烯块的长边长度均为0.315mm，宽边宽度均为0.05mm，所述的第一矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的前侧，且所述的第一矩形石墨烯块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第一矩形石墨烯块的后端面与所述的第一正方形石墨烯块的前端面贴合连接，所述的第一矩形石墨烯块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线；所述的第二矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的左侧，且所述的第二矩形石墨烯块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第二矩形石墨烯块的右端面与所述的第一正方形石墨烯块的左端面贴合连接，所述的第二矩形石墨烯块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线；所述的第三矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的后侧，且所述的第三矩形石墨烯块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第三矩形石墨烯块的前端面与所述的第一正方形石墨烯块的后端面贴合连接，所述的第三矩形石墨烯块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线，所述的第四矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的右侧，且所述的第四矩形石墨烯块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第四矩形石墨烯块的左端面与所述的第一正方形石墨烯块的右端面贴合连接，所述的第四矩形石墨烯块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块的前端面与所述的第一介质基板的前端面齐平，位于第1列的m个石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块的左端面与所述的第一介质基板的左端面齐平，位于第m行的n个石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块的后端面与所述的第一介质基板的后端面齐平，位于第n列的m个石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块的右端面与所述的第一介质基板的右端面齐平，位于同一行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块的右端面与位于第j行第k+1列的石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块的左端面贴合连接，j＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n-1；位于第d行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块的后端面与位于第d+1行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块的前端面贴合连接，d＝1，2，…，m-1；p＝1，2，…，n；所述的第二石墨烯层的结构与所述的第一石墨烯层完全相同；当所述的第二石墨烯层接地时，如果给所述的第一石墨烯层加载0v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均2000Ω/sq，如果给所述的第一石墨烯层加载30v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均为200Ω/sq，如果给所述的第一石墨烯层加载大于0v且小于30v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均大于200Ω/sq且小于2000Ω/sq，且两者相等；所述的氧化铟锡层由m*n个氧化铟锡频率选择表面单元构成，所述的氧化铟锡层的面阻值为120Ω/sq，m*n个氧化铟锡频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，每个所述的氧化铟锡频率选择表面单元分别包括第一正方形氧化铟锡块、第一矩形氧化铟锡块、第二矩形氧化铟锡块、第三矩形氧化铟锡块和第四矩形氧化铟锡块，所述的第一正方形氧化铟锡块的边长为2.25mm，所述的第一矩形氧化铟锡块、所述的第二矩形氧化铟锡块、所述的第三矩形氧化铟锡块和所述的第四矩形氧化铟锡块的长边长度均为0.54mm，宽边宽度均为0.05mm，所述的第一矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的前侧，且所述的第一矩形氧化铟锡块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第一矩形氧化铟锡块的后端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的前端面贴合连接，所述的第一矩形氧化铟锡块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线；所述的第二矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的左侧，且所述的第二矩形氧化铟锡块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第二矩形氧化铟锡块的右端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的左端面贴合连接，所述的第二矩形氧化铟锡块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线；所述的第三矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的后侧，且所述的第三矩形氧化铟锡块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第三矩形氧化铟锡块的前端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的后端面贴合连接，所述的第三矩形氧化铟锡块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线，所述的第四矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的右侧，且所述的第四矩形氧化铟锡块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第四矩形氧化铟锡块的左端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的右端面贴合连接，所述的第四矩形氧化铟锡块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块的前端面与所述的第三介质基板的前端面齐平，位于第1列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块的左端面与所述的第三介质基板的左端面齐平，位于第m行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块的后端面与所述的第三介质基板的后端面齐平，位于第n列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块的右端面与所述的第三介质基板的右端面齐平，位于同一行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块的右端面与位于第j行第k+1列的氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块的左端面贴合连接；位于第d行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块的后端面与位于第d+1行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块的前端面贴合连接。

所述的第一介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的隔膜层采用浸有离子液的隔膜纸实现，所述的隔膜层的厚度为0.01mm，所用离子液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，所述的第二介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的第三介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的介质损耗层采用厚度为1.87mm，介电常数为2.8，损耗正切角度为0.02的PET材料，所述的反射层采用面阻值为0.1Ω/sq的氧化铟锡材料，所述的第四介质基板采用介电常数为2.8，厚度为0.125mm的PET材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过采用第一介质基板、第一石墨烯层、隔膜层、第二石墨烯层和第二介质基板构成一个图案化的GSS三明治结构(第一石墨烯层和第二石墨烯层均采用图案化设计)，第一石墨烯层和第二石墨烯层在微波频段有着良好的可调面阻值性质及很好的透光性，通过添加偏置电压使第一石墨烯层和第二石墨烯层能够更加容易稳定的实现面阻值从2000Ω/sq-200Ω/sq的调整，并且图案化的第一石墨烯层和第二石墨烯层等效于为整体结构添加了分布电容，因此在不影响整体结构透明性的前提下能够调整本发明结构在对应的吸收频点处的等效输入阻抗使其满足阻抗匹配条件，由氧化铟锡层和第三介质基板组成的频率选择表面层以及介质损耗层均采用的透明损耗材料，，能够完美吸收电磁波，在消耗入射电磁波的同时又不会影响整体结构的透光性，而频率选择表面层中的氧化铟锡层为氧化铟锡频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，每个氧化铟锡频率选择表面单元均为特定结构而形成的图案化设计，即氧化铟锡层也为图案化设计，且与第一石墨烯层和第二石墨烯层均的图案化设计类似，也等效于为整体结构添加了分布电容，由此使得整个结构的输入阻抗匹配更加完美，介质损耗层下方所采用的0.1Ω/sq氧化铟锡材料的反射层，由于其面阻值很小，透光性好，可以作为一个短路面来反射电磁波且不影响整个结构的透明性，使电磁波反射回介质损耗层、由氧化铟锡层和第三介质基板组成的频率选择表面层以及GSS三明治结构中直至能量消耗殆尽，本发明整体结构从上到下都采用了对称的结构，对于TE极化波和TM极化波都能够达到同样的吸收效果，由此本发明的电磁吸收结构仅通过石墨烯面阻值的调节即可实现吸波频率调控，在具有光学透明性的同时还具有较大范围的可调吸波频率。

附图说明

图1为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构的侧视图；

图2为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构的石墨烯频率选择表面单元的结构图；

图3为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构的氧化铟锡频率选择表面单元的结构图；

图4为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构的第一石墨烯层(第二石墨烯层)的等效电路图；

图5为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构的氧化铟锡层的等效电路图；

图6为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构在第一石墨烯层和第二石墨烯层处于不同面阻值情况下，对垂直入射电磁波的反射率随频率的变化曲线图；

图7为本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构在第一石墨烯层和第二石墨烯层处于不同面阻值情况下，对垂直入射电磁波的吸收率随频率的变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1所示，一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构，包括按照从上到下顺序层叠的第一介质基板1、第一石墨烯层2、隔膜层3、第二石墨烯层4、第二介质基板5、氧化铟锡层6、第三介质基板7、介质损耗层8、反射层9和第四介质基板10，第一介质基板1、第一石墨烯层2、隔膜层3、第二石墨烯层4、第二介质基板5、氧化铟锡层6、第三介质基板7、介质损耗层8、反射层9和第四介质基板10中相邻两层之间相互连接，第一介质基板1、隔膜层3、第二介质基板5、第三介质基板7、介质损耗层8、反射层9和第四介质基板10的横截面均为正方形且四者完全重合；

如图2所示，第一石墨烯层2由m*n个石墨烯频率选择表面单元构成，m*n个石墨烯频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，m为大于等于1的整数，n为大于等于1的整数，每个石墨烯频率选择表面单元分别包括第一正方形石墨烯块11、第一矩形石墨烯块12、第二矩形石墨烯块13、第三矩形石墨烯块14和第四矩形石墨烯块15，第一正方形石墨烯块11的边长为2.7mm，第一矩形石墨烯块12、第二矩形石墨烯块13、第三矩形石墨烯块14和第四矩形石墨烯块15的长边长度均为0.315mm，宽边宽度均为0.05mm，第一矩形石墨烯块12位于第一正方形石墨烯块11的前侧，且第一矩形石墨烯块12的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，第一矩形石墨烯块12的后端面与第一正方形石墨烯块11的前端面贴合连接，第一矩形石墨烯块12沿前后方向的对称线与第一正方形石墨烯块11沿前后方向的对称线位于同一直线；第二矩形石墨烯块13位于第一正方形石墨烯块11的左侧，且第二矩形石墨烯块13的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，第二矩形石墨烯块13的右端面与第一正方形石墨烯块11的左端面贴合连接，第二矩形石墨烯块13沿左右方向的对称线与第一正方形石墨烯块11沿左右方向的对称线位于同一直线；第三矩形石墨烯块14位于第一正方形石墨烯块11的后侧，且第三矩形石墨烯块14的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，第三矩形石墨烯块14的前端面与第一正方形石墨烯块11的后端面贴合连接，第三矩形石墨烯块14沿前后方向的对称线与第一正方形石墨烯块11沿前后方向的对称线位于同一直线，第四矩形石墨烯块15位于第一正方形石墨烯块11的右侧，且第四矩形石墨烯块15的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，第四矩形石墨烯块15的左端面与第一正方形石墨烯块11的右端面贴合连接，第四矩形石墨烯块15沿左右方向的对称线与第一正方形石墨烯块11沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块12的前端面与第一介质基板1的前端面齐平，位于第1列的m个石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块13的左端面与第一介质基板1的左端面齐平，位于第m行的n个石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块14的后端面与第一介质基板1的后端面齐平，位于第n列的m个石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块15的右端面与第一介质基板1的右端面齐平，位于同一行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块11沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块11沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块15的右端面与位于第j行第k+1列的石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块13的左端面贴合连接，j＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n-1；位于第d行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块14的后端面与位于第d+1行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块12的前端面贴合连接，d＝1，2，…，m-1；p＝1，2，…，n；第二石墨烯层4的结构与第一石墨烯层2完全相同；当第二石墨烯层4接地时，如果给第一石墨烯层2加载0v电压，此时第一石墨烯层2和第二石墨烯层4的面阻值均2000Ω/sq，如果给第一石墨烯层2加载30v电压，此时第一石墨烯层2和第二石墨烯层4的面阻值均为200Ω/sq，如果给第一石墨烯层2加载大于0v且小于30v电压，此时第一石墨烯层2和第二石墨烯层4的面阻值均大于200Ω/sq且小于2000Ω/sq，且两者相等；

如图3所示，氧化铟锡层6由m*n个氧化铟锡频率选择表面单元构成，氧化铟锡层6的面阻值为120Ω/sq，m*n个氧化铟锡频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，每个氧化铟锡频率选择表面单元分别包括第一正方形氧化铟锡块16、第一矩形氧化铟锡块17、第二矩形氧化铟锡块18、第三矩形氧化铟锡块19和第四矩形氧化铟锡块20，第一正方形氧化铟锡块16的边长为2.25mm，第一矩形氧化铟锡块17、第二矩形氧化铟锡块18、第三矩形氧化铟锡块19和第四矩形氧化铟锡块20的长边长度均为0.54mm，宽边宽度均为0.05mm，第一矩形氧化铟锡块17位于第一正方形氧化铟锡块16的前侧，且第一矩形氧化铟锡块17的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，第一矩形氧化铟锡块17的后端面与第一正方形氧化铟锡块16的前端面贴合连接，第一矩形氧化铟锡块17沿前后方向的对称线与第一正方形氧化铟锡块16沿前后方向的对称线位于同一直线；第二矩形氧化铟锡块18位于第一正方形氧化铟锡块16的左侧，且第二矩形氧化铟锡块18的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，第二矩形氧化铟锡块18的右端面与第一正方形氧化铟锡块16的左端面贴合连接，第二矩形氧化铟锡块18沿左右方向的对称线与第一正方形氧化铟锡块16沿左右方向的对称线位于同一直线；第三矩形氧化铟锡块19位于第一正方形氧化铟锡块16的后侧，且第三矩形氧化铟锡块19的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，第三矩形氧化铟锡块19的前端面与第一正方形氧化铟锡块16的后端面贴合连接，第三矩形氧化铟锡块19沿前后方向的对称线与第一正方形氧化铟锡块16沿前后方向的对称线位于同一直线，第四矩形氧化铟锡块20位于第一正方形氧化铟锡块16的右侧，且第四矩形氧化铟锡块20的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，第四矩形氧化铟锡块20的左端面与第一正方形氧化铟锡块16的右端面贴合连接，第四矩形氧化铟锡块20沿左右方向的对称线与第一正方形氧化铟锡块16沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块17的前端面与第三介质基板7的前端面齐平，位于第1列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块18的左端面与第三介质基板7的左端面齐平，位于第m行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块19的后端面与第三介质基板7的后端面齐平，位于第n列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块20的右端面与第三介质基板7的右端面齐平，位于同一行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块16沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块16沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块20的右端面与位于第j行第k+1列的氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块18的左端面贴合连接；位于第d行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块19的后端面与位于第d+1行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块17的前端面贴合连接。

本实施例中，第一介质基板1采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，隔膜层3采用浸有离子液的隔膜纸实现，隔膜层3的厚度为0.01mm，所用离子液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，第二介质基板5采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，第三介质基板7采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，介质损耗层8采用厚度为1.87mm，介电常数为2.8，损耗正切角度为0.02的PET材料，反射层9采用面阻值为0.1Ω/sq的氧化铟锡材料，第四介质基板10采用介电常数为2.8，厚度为0.125mm的PET材料。

本实施例中，在第一石墨烯层2中，每个石墨烯频率选择表面单元分别的第一正方形石墨烯块11等效为一个电阻Rg与电感Lg的串联，第一矩形石墨烯块12、第二矩形石墨烯块13、第三矩形石墨烯块14和第四矩形石墨烯块15也分别等效为一个电阻Rgi与电感Lgi的串联。每个石墨烯频率选择表面单元中的第一正方形石墨烯块11与其他石墨烯频率选择表面单元中的第一正方形石墨烯块11之间形成分布电容Cg，所以整个第一石墨烯层2可以等效为一个电阻Rg、一个电感Lg再加上Zpg，其中Zpg由周期分布的第一正方形石墨烯块11之间的分布电容Cg和一个矩形石墨烯块(第一矩形石墨烯块12、第二矩形石墨烯块13、第三矩形石墨烯块14和第四矩形石墨烯块15之一)等效的电阻Rgi和电杆Lgi的并联组成，其等效电路如图4所示。通过在第一石墨烯层和第二石墨烯层之间加载偏置电压时，第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值就会发生变化，从而导致本发明的电磁吸收结构的动态可调节，当电磁波照射到第一石墨烯层和第二石墨烯层表面时，谐振频率处的电磁波将会通过第一石墨烯层和第二石墨烯层，再通过氧化铟锡层照射到反射面上，在介质损耗层中一直耗尽能量。

本实施例中，每个氧化铟锡频率选择表面单元中的第一正方形氧化铟锡块16等效为一个电阻Ri与一个电感Li的串联，第一矩形氧化铟锡块17、第二矩形氧化铟锡块18、第三矩形氧化铟锡块19和第四矩形氧化铟锡块20也分别等效为一个电阻Rii与电感Lii的串联，氧化铟锡层中周期分布的第一正方形氧化铟锡块16之间形成分布电容Ci，所以整个ITO层可以等效为一个电阻Ri、电感Li再加上Zpi，其中Zpi为周期分布的第一正方形氧化铟锡块16之间的分布电容Ci与一个矩形氧化铟锡块(第一矩形氧化铟锡块17、第二矩形氧化铟锡块18、第三矩形氧化铟锡块19和第四矩形氧化铟锡块20之一)等效的电阻Rii和电感Lii并联而成，等效电路如图5所示。当电磁波通过第一石墨烯层和第二石墨烯层后，会在氧化铟锡层6消耗能量，剩余的电磁波通过由氧化铟锡层6，透过第三介质基板7和介质损耗层8照射到反射层上，绝大部分的电磁波将由反射层反射，再在介质层8以及氧化铟锡层6、第一石墨烯层和第二石墨烯层中将能量消耗殆尽。

本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构在第一石墨烯层和第二石墨烯层处于不同面阻值情况下，对垂直入射电磁波的反射率随频率的变化曲线如图6所示，本发明的同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构在第一石墨烯层和第二石墨烯层处于不同面阻值情况下，对垂直入射电磁波的吸收率随频率的变化曲线如图7所示。

分析图6和图7可知，当本发明的电磁吸收结构的第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值为200Ω/sq-2000Ω/sq时，当在第一石墨烯层和第二石墨烯层两边之间施加的偏置电压越大，第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值就会越来越小，当减小偏置电压时，第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值就会相应增大。随着第一石墨烯层和第二石墨烯层面阻值的不断增大，其谐振频率也随之增大，实现了本发明的电磁吸收结构的吸波频率的可调节。如图6和图7中所示，通过加载偏置电压改变第一石墨烯层和第二石墨烯层的面阻值可以使本发明的最低反射率频率或者最佳吸收频点从16.3GHz调节到12.8GHz，且调节过程中，最佳吸收频点处的吸收率保持在98％以上。本发明的最佳吸波频率调节的相对带宽达到了24.05％，实现了较大范围的吸波频率可调。

Claims (2)

1.一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸收结构，其特征在于包括按照从上到下顺序层叠的第一介质基板、第一石墨烯层、隔膜层、第二石墨烯层、第二介质基板、氧化铟锡层、第三介质基板、介质损耗层、反射层和第四介质基板，所述的第一介质基板、所述的第一石墨烯层、所述的隔膜层、所述的第二石墨烯层、所述的第二介质基板、所述的氧化铟锡层、所述的第三介质基板、所述的介质损耗层、所述的反射层和所述的第四介质基板中相邻两层之间相互连接，所述的第一介质基板、所述的隔膜层、所述的第二介质基板、所述的第三介质基板、所述的介质损耗层、所述的反射层和所述的第四介质基板的横截面均为正方形且四者完全重合；

所述的第一石墨烯层由m*n个石墨烯频率选择表面单元构成构成，m*n个石墨烯频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，m为大于等于1的整数，n为大于等于1的整数，每个所述的石墨烯频率选择表面单元分别包括第一正方形石墨烯块、第一矩形石墨烯块、第二矩形石墨烯块、第三矩形石墨烯块和第四矩形石墨烯块，所述的第一正方形石墨烯块的边长为2.7mm，所述的第一矩形石墨烯块、所述的第二矩形石墨烯块、所述的第三矩形石墨烯块和所述的第四矩形石墨烯块的长边长度均为0.315mm，宽边宽度均为0.05mm，所述的第一矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的前侧，且所述的第一矩形石墨烯块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第一矩形石墨烯块的后端面与所述的第一正方形石墨烯块的前端面贴合连接，所述的第一矩形石墨烯块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线；所述的第二矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的左侧，且所述的第二矩形石墨烯块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第二矩形石墨烯块的右端面与所述的第一正方形石墨烯块的左端面贴合连接，所述的第二矩形石墨烯块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线；所述的第三矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的后侧，且所述的第三矩形石墨烯块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第三矩形石墨烯块的前端面与所述的第一正方形石墨烯块的后端面贴合连接，所述的第三矩形石墨烯块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线，所述的第四矩形石墨烯块位于所述的第一正方形石墨烯块的右侧，且所述的第四矩形石墨烯块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第四矩形石墨烯块的左端面与所述的第一正方形石墨烯块的右端面贴合连接，所述的第四矩形石墨烯块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块的前端面与所述的第一介质基板的前端面齐平，位于第1列的m个石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块的左端面与所述的第一介质基板的左端面齐平，位于第m行的n个石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块的后端面与所述的第一介质基板的后端面齐平，位于第n列的m个石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块的右端面与所述的第一介质基板的右端面齐平，位于同一行的n个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个石墨烯频率选择表面单元的第一正方形石墨烯块沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的石墨烯频率选择表面单元的第四矩形石墨烯块的右端面与位于第j行第k+1列的石墨烯频率选择表面单元的第二矩形石墨烯块的左端面贴合连接，j＝1，2，…，m；k＝1，2，…，n-1；位于第d行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第三矩形石墨烯块的后端面与位于第d+1行第p列的石墨烯频率选择表面单元的第一矩形石墨烯块的前端面贴合连接，d＝1，2，…，m-1；p＝1，2，…，n；所述的第二石墨烯层的结构与所述的第一石墨烯层完全相同；当所述的第二石墨烯层接地时，如果给所述的第一石墨烯层加载0v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均2000Ω/sq，如果给所述的第一石墨烯层加载30v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均为200Ω/sq，如果给所述的第一石墨烯层加载大于0v且小于30v电压，此时所述的第一石墨烯层和所述的第二石墨烯层的面阻值均大于200Ω/sq且小于2000Ω/sq，且两者相等；

所述的氧化铟锡层由m*n个氧化铟锡频率选择表面单元构成，所述的氧化铟锡层的面阻值为120Ω/sq，m*n个氧化铟锡频率选择表面单元按照m行n列形式均匀分布，每个所述的氧化铟锡频率选择表面单元分别包括第一正方形氧化铟锡块、第一矩形氧化铟锡块、第二矩形氧化铟锡块、第三矩形氧化铟锡块和第四矩形氧化铟锡块，所述的第一正方形氧化铟锡块的边长为2.25mm，所述的第一矩形氧化铟锡块、所述的第二矩形氧化铟锡块、所述的第三矩形氧化铟锡块和所述的第四矩形氧化铟锡块的长边长度均为0.54mm，宽边宽度均为0.05mm，所述的第一矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的前侧，且所述的第一矩形氧化铟锡块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第一矩形氧化铟锡块的后端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的前端面贴合连接，所述的第一矩形氧化铟锡块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线；所述的第二矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的左侧，且所述的第二矩形氧化铟锡块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第二矩形氧化铟锡块的右端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的左端面贴合连接，所述的第二矩形氧化铟锡块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线；所述的第三矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的后侧，且所述的第三矩形氧化铟锡块的长边沿前后方向，宽边沿左右方向，所述的第三矩形氧化铟锡块的前端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的后端面贴合连接，所述的第三矩形氧化铟锡块沿前后方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线，所述的第四矩形氧化铟锡块位于所述的第一正方形氧化铟锡块的右侧，且所述的第四矩形氧化铟锡块的长边沿左右方向，宽边沿前后方向，所述的第四矩形氧化铟锡块的左端面与所述的第一正方形氧化铟锡块的右端面贴合连接，所述的第四矩形氧化铟锡块沿左右方向的对称线与所述的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线；位于第1行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块的前端面与所述的第三介质基板的前端面齐平，位于第1列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块的左端面与所述的第三介质基板的左端面齐平，位于第m行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块的后端面与所述的第三介质基板的后端面齐平，位于第n列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块的右端面与所述的第三介质基板的右端面齐平，位于同一行的n个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块沿左右方向的对称线位于同一直线，位于同一列的m个氧化铟锡频率选择表面单元的第一正方形氧化铟锡块沿前后方向的对称线位于同一直线，位于第j行第k列的氧化铟锡频率选择表面单元的第四矩形氧化铟锡块的右端面与位于第j行第k+1列的氧化铟锡频率选择表面单元的第二矩形氧化铟锡块的左端面贴合连接；位于第d行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第三矩形氧化铟锡块的后端面与位于第d+1行第p列的氧化铟锡频率选择表面单元的第一矩形氧化铟锡块的前端面贴合连接。

2.根据权利要求1所述的一种同时具有光学透明性和可调吸波频率的电磁吸波结构，其特征在于所述的第一介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的隔膜层采用浸有离子液的隔膜纸实现，所述的隔膜层的厚度为0.01mm，所用离子液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，所述的第二介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的第三介质基板采用厚度为0.125mm，介电常数为2.8的PET材料，所述的介质损耗层采用厚度为1.87mm，介电常数为2.8，损耗正切角度为0.02的PET材料，所述的反射层采用面阻值为0.1Ω/sq的氧化铟锡材料，所述的第四介质基板采用介电常数为2.8，厚度为0.125mm的PET材料。

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