CN113285234B - 一种8～14GHz波段高效吸波超构表面材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，所述的超构表面材料的结构为至少五层结构从上到下依次层叠复合成一体：微结构的第一阻抗膜层、第一介质层、微结构的第二阻抗膜层、第二介质层和金属反射层，所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层在所述的介质层表面形成多个呈周期性排列的阵列单元。本发明通过阻抗膜层‑介质层‑阻抗膜层‑介质层‑金属反射层组合，可实现8～14GHz范围内入射电磁波阻抗匹配，实现高效率电磁波能量吸收，可以为应对X波段探测雷达实现RCS缩减的应用平台提供超表面材料。

Description

一种8～14GHz波段高效吸波超构表面材料
技术领域
本发明属于电磁波吸波材料技术领域，尤其涉及一种8～14GHz波段高效吸波超构表面材料。
背景技术
雷达隐身技术主要是指对工作在3MHz～300GHz范围内雷达的隐身技术，其中厘米波段(2～18GHz)尤其是8～14GHz是非常重要的雷达探测波段，也是现阶段世界各国力求突破的超宽频带雷达隐身技术研究的重点。随着雷达探测技术的发展，以及目标外形技术越来越受到战术指标的限制，原有的雷达隐身材料存在频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到一定限制，迫切需要开发新型吸波材料和相应的隐身技术。
中国专利公开CN108493622A公开了一种双介质层吸波材料，包括层叠放置的两层介质板，底层介质板下表面覆盖金属地板，两层介质板上表面均印制有阵列金属贴片。通过调节各介质层上表面的阵列金属贴片尺寸、两层介质层各层厚度、以及选择不同材质改变介质层介电常数，以改变各层的电磁参数，从而改变进入到材料中电磁波的反射折射波相位。入射电磁波传播过程中部分被材料损耗，剩余部分入射波与反射波相消，从而达到电磁波被人工电磁介质材料吸收的效果，实现了宽带吸波材料的超薄化。
目前，国内外在进一步提高与改进传统隐身材料性能的同时正致力于多种新材料的探索，超构表面材料正逐步应用到雷达波隐身材料中，从而满足对新一代雷达隐身材料吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，所述的超构表面材料的结构为从上到下依次层叠复合成一体，其包括五层结构，具体为：第一阻抗膜层、第一介质层、第二阻抗膜层、第二介质层和金属反射层，所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层采用微结构设计，即在所述的介质层上表面形成多个呈周期性排列的阵列单元。
进一步的，所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层是阻抗为95Ohm/sq的PI膜，厚度为50±0.1um。
进一步的，所述的微结构是呈周期性排列的阵列单元，该阵列单元的单元结构周期P＝8x8mm，第一阻抗膜层和第二阻抗膜层的每个单元结构包括：存在阻抗膜材料的膜材料区，和刻蚀掉膜材料的空隙区；膜材料区和空隙区交错布置，成为中心对称图案构型。
进一步的，第一阻抗膜层阵列单元的每个单元具有一个半径为0.95mm的中心圆形膜材料区，中心圆的周边对称分布8个膜材料区块；以该中心圆的圆心为中心建立平面坐标系，将阻抗膜层分为80×80个子坐标区域，各个子坐标区域为膜材料区或空隙区，所述的8个膜材料区块的面积小于中心圆形。
进一步的，对称分布的8个膜材料区块分别位于坐标系的0度,45度,90度,135度,180度,225度,270度,315度位置。
进一步的，第二阻抗膜层的阵列单元的每个单元的中心膜材料区是菱形形状，中心的周边对称分布4个空隙区块；以该菱形中心为原点建立平面坐标系，将阻抗膜层分为80×80个子坐标区域，各个子坐标区域为膜材料区或空隙区，所述的空隙区块内为以坐标原点为中心对称分布，膜材料区和空隙区交错排列的结构。
进一步的，对称分布的4个空隙区块分别位于坐标系的45度,135度,225度,315度位置。
优选的，第二阻抗膜层的每个单元的膜材料区远大于第一阻抗膜层。
进一步的，所述的第一介质层和第二介质层的介电材料的厚度为3.5mm，该介电材料介电常数为3.1，损耗角正切为0.005。
进一步的，所述的第一和第二阻抗膜层的加工采用激光刻蚀加工，沿着结构边界进行切割以实现膜材料区/空隙区交错的阻抗膜结构图案。
采用本发明的双轴对称结构可实现极化不敏感电磁波宽频吸收，在8～14GHz范围内可实现最低超20dB吸收效果。本发明通过阻抗膜层-介质层-阻抗膜层-介质层-金属反射层组合，可实现8～14GHz范围内入射电磁波阻抗匹配，实现高效率电磁波能量吸收，可以为应对X波段探测雷达实现RCS缩减的应用平台提供超表面材料。
附图说明
图1为本发明的三维构成示意图。
图2为本发明顶层阻抗膜结构示意图。
图3为本发明中间层阻抗膜结构示意图。
图4为本发明正向入射单站电磁波反射效果曲线图。
具体实施方式
为了解决以上问题，本发明提出了一种8～14GHz波段高效吸波超构表面材料，通过介质-阻抗膜-介质模式进行超构表面材料整体设计，并在阻抗膜表面进行微结构设计，可实现小于8mm厚度条件下，8～14GHz波段内最低20dB的吸收效果。
根据本申请的实施例，提供了一种8～14GHz波段高效吸波超构表面材料，包括至少五层结构，由上往下依次为：微结构阻抗膜层、介质层，微结构阻抗膜层、介质层、金属反射层；所述阻抗膜结构层在所属介质层表面形成多个呈周期性排列的阵列单元。采用阻抗膜层为阻抗为95Ohm/sq的PI膜，介质层材料介电常数为3.1，损耗角正切为0.005。单元结构周期P＝8mm，顶层阻抗膜微结构为对称结构，厚度为50um，中心圆孔半径为0.95mm，将阻抗膜层离散为80×80个子坐标，其阻抗区域结构边界对应坐标如下：
Figure BDA0003076763070000041
由上至下第二层为无结构介质层，厚度为3.5mm，第三层为另一层阻抗膜结构层，将其离散为80×80个子坐标，其空隙结构边界对应坐标如下：
Figure BDA0003076763070000042
Figure BDA0003076763070000051
Figure BDA0003076763070000052
Figure BDA0003076763070000061
薄膜加工主要采用激光刻蚀加工，沿着结构边界进行切割以实现空隙/阻抗膜结构的获取。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，所述的超构表面材料的结构从上到下依次层叠复合成一体，其包括五层结构，具体为：第一阻抗膜层、第一介质层、第二阻抗膜层、第二介质层和金属反射层，所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层采用微结构设计，即在所述的介质层上表面形成多个呈周期性排列的阵列单元；
所述的微结构是呈周期性排列的阵列单元，该阵列单元的单元结构周期P＝8x8mm，第一阻抗膜层和第二阻抗膜层的每个单元结构包括：存在阻抗膜材料的膜材料区，和刻蚀掉膜材料的空隙区；膜材料区和空隙区交错布置，成为中心对称图案构型；所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层是PI膜。
2.如权利要求1所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，所述的第一阻抗膜层和第二阻抗膜层是阻抗为95Ω/sq的PI膜，厚度为50±0.1um。
3.如权利要求2所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，第一阻抗膜层阵列单元的每个单元具有一个半径为0.95mm的中心圆形膜材料区，中心圆的周边对称分布8个膜材料区块；以该中心圆的圆心为中心建立平面坐标系，将阻抗膜层分为80×80个子坐标区域，各个子坐标区域为膜材料区或空隙区，所述的8个膜材料区块的面积小于中心圆形。
4.如权利要求3所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，对称分布的8个膜材料区块分别位于坐标系的0度,45度,90度,135度,180度,225度,270度,315度位置。
5.如权利要求2所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，第二阻抗膜层的阵列单元的每个单元的中心膜材料区是菱形形状，中心的周边对称分布4个空隙区块；以该菱形中心为原点建立平面坐标系，将阻抗膜层分为80×80个子坐标区域，各个子坐标区域为膜材料区或空隙区，所述的空隙区块内为以坐标原点为中心对称分布，膜材料区和空隙区交错排列的结构。
6.如权利要求5所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，对称分布的4个空隙区块分别位于坐标系的45度,135度,225度,315度位置。
7.如权利要求6所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，第二阻抗膜层的每个单元的膜材料区的面积大于第一阻抗膜层的膜材料区的面积。
8.如权利要求1所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，所述的第一介质层和第二介质层的介电材料的厚度为3.5mm，该介电材料介电常数为3.1，损耗角正切为0.005。
9.如权利要求1所述的8～14GHz波段的高效吸波超构表面材料，其特征在于，所述的第一和第二阻抗膜层的加工采用激光刻蚀加工，沿着结构边界进行切割以实现膜材料区/空隙区交错的阻抗膜结构图案。
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