CN113131223A - 一种双极化双吸收带的电磁波吸收器 - Google Patents

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    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding

Abstract

本发明公开一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，包括内外嵌套的两个空心长方体结构介质基底单元，分别为外层介质基底单元和内层介质基底单元；外层介质基底单元的四个内侧面分别设置有金属覆层单元，每个金属覆层单元上均设置有相互平行且长度不同的两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙；内层介质基底单元的每个内侧面均设置有第一金属条、第二金属条以及贴片电阻器，所述第一金属条和第二金属条为Γ形金属条，且以内侧面纵向中位线为轴呈轴对称设置，贴片电阻器连接第一金属条的水平段和第二金属条的水平段；本发明的电磁波吸收器结构能实现双宽带吸波、大角度吸波以及极化不敏感的特性，同时保证结构本身的小型化和加工流程较简单的特点。

Description

一种双极化双吸收带的电磁波吸收器
技术领域
本发明属于电磁波吸收器技术领域，具体涉及一种双极化双吸收带的电磁波吸收器。
背景技术
电磁波吸收器是基于其对电磁波的反射或透射的滤波功能实现无线通信、传感器及辐射防护等领域的各种应用价值，例如，抵消复杂环境电磁干扰，飞行器隐身功能等方面。大部分电磁波吸收器的设计指标及应用要求涉及大带宽、低剖面、角度不敏感等特性，另外，还会要求雷达截面积(Radar Cross Section,RCS)缩减达到10dB以上。因此，传统的电磁波吸收器，如Salisbury结构和Dallenbach结构可能无法满足上述需求。
为此，新型电磁波吸收器在不断地开发，目前存在的电磁波吸收器的设计大致可以分为两大类，一类是级联两层具有吸收性和透射性的二维频率选择表面(FrequencySelective Surface,FSS)结构，另一类是三维FSS结构，通常使用平行板结构组成具有吸收和投射特性的功能，通过调整结构空间位置、物理尺寸以及加载有源器件等方式实现所需吸波器的性能。二维FSS结构存在带宽较窄、插入损耗较大以及大角度入射响应不稳定性等缺点。而三维FSS结构加工较复杂，但其优越的宽带性能、低插入损耗以及斜入射不敏感性都大大拓宽了三维FSS结构的应用范围。
因此，为了充分利用电磁波吸收器的滤波特性，拓宽其应用范围，有必要开发一种新的电磁波吸收器结构，实现宽带吸波、低插入损耗、斜入射鲁棒性及极化不敏感特性，并且尽可能保持电磁波吸收器结构的低剖面。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，在实现较宽吸收段的同时能够有效降低RCS，同时具有入射角度不敏感性使得本发明的电磁波吸收器结构能够实现广泛地应用。
实现本发明的技术方案如下：
一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，包括内外嵌套的两个介质基底单元，两个介质基底单元均为空心长方体结构，分别为外层介质基底单元和内层介质基底单元；
外层介质基底单元的四个内侧面分别设置有金属覆层单元，每个金属覆层单元上均设置有相互平行且长度不同的两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙；
内层介质基底单元的每个内侧面均设置有第一金属条、第二金属条以及贴片电阻器，所述第一金属条和第二金属条为Γ形金属条，且以内侧面纵向中位线为轴呈轴对称设置，贴片电阻器连接第一金属条的水平段和第二金属条的水平段。
进一步地，所述外层介质基底单元采用介电常数为2.2且损耗正切值为0.003的Rogers RT5880材料制成，其厚度为1mm，高度为18mm，截面为正方形，边长为7mm。
进一步地，所述内层介质基底单元采用介电常数为4.4且损耗正切值为0.02的FR4环氧玻璃布层压板材料制成，其厚度为0.5mm，高度为18mm，截面为正方形，边长为5mm。
进一步地，所述第一缝隙和第二缝隙长度分别为9mm和6mm，其宽度均为1mm，两个缝隙之间距离为0.45mm。
进一步地，所述的第一金属条和第二金属条的垂直长度为17.4mm，水平长度为6mm，其宽度为0.38mm。
进一步地，所述的第一金属条和第二金属条之间，由贴片电阻器相连接处的水平距离为0.5mm。
进一步地，所述的贴片电阻器阻值为500Ω。
有益效果：
本发明电磁波吸收器结构能实现双带吸波、大角度吸波以及极化不敏感的特性，同时，其结构的周期尺寸仅有0.15倍的波长(真空中)，并且在工作频段内，本发明结构的底部由于波导的截止频率的存在使得结构底部的电磁波全反射，达到了其他结构接地设计的目的，从而突出了本设计结构无接地板设计的适用范围广的优势，保证结构本身的小型化，可用于微波探测、天线隐身等方面。
附图说明
图1为本发明电磁波吸收器的单元结构三维视图。
图2为本发明电磁波吸收器的单元结构三维视图的纵向切面图。
图3为本发明电磁波吸收器的S参数的频率响应特性图。
图4为本发明电磁波吸收器在TE模式下斜入射角度对应的S参数频率响应特性图。
图5为本发明电磁波吸收器在TM模式下斜入射角度对应的S参数频率响应特性图。
其中，1-外层介质基底单元，2-内层介质基底单元，3-第二缝隙，4-第一缝隙，5-第一金属条，6-第二金属条，7-贴片电阻器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，如图1和图2所示，本发明的电磁波吸收器由两个空心长方体介质基底结构嵌套组成。外层的介质基底单元1的底边边长P为7mm，高度H为18mm，厚度t1为1mm，内层的介质基底单元2的底边边长为5mm，高度与外层介质基底相同，厚度t2为0.5mm。
外层的介质基底单元1的内侧有金属覆层，每一个内侧的金属覆层，都有两个缝隙，分别第一缝隙4和第二缝隙3。第一缝隙4长度ls1为9mm，第二缝隙3的长度ls2为6mm，两个缝隙的宽度都是ws为1mm，两个缝隙之间的距离d为0.45mm。
内层的介质基底单元2的内侧有两个关于内侧纵向中位线对称的金属条，第一金属条5和第二金属条6的形状完全相同，是从上到下呈Γ形状，其纵向垂直长度l1为17.4mm，水平长度l2为6mm，宽度w为0.38mm。连接第一金属条5和第二金属条6的是一个贴片电阻器7，位于两个金属条的水平中心对称点处，两个金属条相距的水平距离为0.5mm，贴片电阻器的阻值为500Ω。金属覆层和金属条的材料可以采用铜、铁等导电性金属材料制成。
外层的介质基底单元1采用介电常数为2.2且损耗正切值为0.003的RogersRT5880材料制成。内层的介质基底单元2采用介电常数为4.4且损耗正切值为0.02的FR4环氧玻璃布层压板材料制成。
本发明所设计的电磁波吸收器的S参数的频率响应特性如图3所示，该电磁波吸收器结构的工作原理如下：通过利用介质基底1及其内表面的金属覆层和两个缝隙所构成的平行板波导结构产生一个传输通带，利用介质基底2及其内表面的两个金属条及连接它们的贴片电阻器结构产生了两个吸收带。第一缝隙4和第二缝隙3长度不同，调整其长度参数使得其上产生两个谐振模，各自的频率分别在fa2和fa3处。对于第一金属条5和第二金属条6，当金属条的电长度为λ/4或者3λ/4时，介质基底2及金属条组成的结构此时相当于对应的等效电路处于短路状态，因此，电磁波只能被处于金属条5和金属条6之间贴片电阻器吸收，故而产生两个反射零点fa1和fa4；当金属条的电长度为λ时，介质基底2及金属条组成的结构此时相当于对应的等效电路处于开路状态，电磁波通过介质基底1及其内表面的金属覆层和两个缝隙所构成的平行板波导结构，产生传输极点从而形成一个传输通带。通过优化整体结构的各个参数，得到两个宽吸收带分别位于传输通带的高低频两侧，其中，fa1＝4.32GHz，fa2＝5.02GHz，ft＝5.56GHz，fa3＝6.47GHz和fa4＝8.01GHz。
本发明所设计的电磁波吸收器实际测试性能如下：
当工作频率为4GHz～9GHz时，低于-10dB的反射响应频段为4.17GHz～8.02GHz，两个吸收带的相对带宽分别为22.22％和32.8％，两个吸收带中间的传输通带的中心频率为5.61GHz，其插入损为0.42dB。在TE和TM双极化模式下，斜入射角度小于45°的范围内，其S参数响应均能基本达到上述指标，TE和TM极化模式下，斜入射角度对应的S参数分布如图4和图5所示。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：周期单元小，周期尺寸为0.15倍的波长；斜入射响应更稳定，在TE和TM双极化模式下，具有斜入射45°的S参数响应稳定性；具有极化不敏感性；两边吸收带带宽较宽；无地板的设计简化了加工过程。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，包括内外嵌套的两个介质基底单元，两个介质基底单元均为空心长方体结构，分别为外层介质基底单元和内层介质基底单元；
外层介质基底单元的四个内侧面分别设置有金属覆层单元，每个金属覆层单元上均设置有相互平行且长度不同的两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙；
内层介质基底单元的每个内侧面均设置有第一金属条、第二金属条以及贴片电阻器，所述第一金属条和第二金属条为Γ形金属条，且以内侧面纵向中位线为轴呈轴对称设置，贴片电阻器连接第一金属条的水平段和第二金属条的水平段。
2.如权利要求1所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述外层介质基底单元采用介电常数为2.2且损耗正切值为0.003的Rogers RT5880材料制成，其厚度为1mm，高度为18mm，截面为正方形，边长为7mm。
3.如权利要求2所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述内层介质基底单元采用介电常数为4.4且损耗正切值为0.02的FR4环氧玻璃布层压板材料制成，其厚度为0.5mm，高度为18mm，截面为正方形，边长为5mm。
4.如权利要求1所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述第一缝隙和第二缝隙长度分别为9mm和6mm，其宽度均为1mm，两个缝隙之间距离为0.45mm。
5.如权利要求4所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述的第一金属条和第二金属条的垂直长度为17.4mm，水平长度为6mm，其宽度为0.38mm。
6.如权利要求5所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述的第一金属条和第二金属条之间，由贴片电阻器相连接处的水平距离为0.5mm。
7.如权利要求6所述的一种双极化双吸收带的电磁波吸收器，其特征在于，所述的贴片电阻器阻值为500Ω。
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