CN113394568A - 新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构 - Google Patents

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杨杰
随赛
韩亚娟
范亚
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Abstract

本发明公开了一种新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构，属于低RCS隐身技术领域，所述吸波体包括：介质板及所述介质板的一面或者两面上设置有相互平行的多个横向金属线。本发明提供的吸波体，该结构简单、采用印刷电路板技术加工、成本低、质量轻。通过将超材料吸波体交错排布，可以进一步提升吸波性能。

Description

新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构
技术领域
本发明属于低RCS隐身技术领域，具体涉及一种新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构。
背景技术
隐身飞机在战场上大放异彩，展现了无与伦比的突防能力和作战效能，让世人真正看到了隐身技术在现代作战中的重要意义，隐身化成为了现代和未来武器平台发展的必然选择。隐身方法可以归结为两类：其一是通过外形设计调控散射波的方向，使其远离雷达的接收方向，而且外形隐身技术一直以来都是隐身技术的首选途径；在外形设计基础上，对于一些典型部件和典型结构，则需要采用吸波材料进一步降低RCS。随着探测技术的进一步发展，急需进一步提升隐身性能，但是随着外形设计和吸波材料的深入研究，传统隐身技术几乎已经达到设计极限，依靠传统技术很难在有大的质的突破。但是随着装备的发展需求和作战需求，又急需发展新的隐身技术和隐身材料来进一步提升隐身性能，降低RCS。
超材料是由亚波长的周期结构组成的人工材料，从字面意思就可以看出，超材料中的“超”不是“超级”的意思，而是“超越、逾越”之意，即超材料是广义的材料，是材料领域的拓展和补充。在过去的十几年里，超材料一经提出，就引起了研究人员的极大关注。不同于传统材料，超材料的性质不由其化学组成成分的固有性质所决定，而是取决于组成材料的周期单元的性质。通过对组成单元进行设计，可以实现对电磁波幅值、相位和极化态的自由调控，进而控制电磁波的波阵面，传播方向和传播模式。这使得可以通过设计周期单元实现对超材料性质的定制与设计，为人类自由设计材料性质提供另外一种可行的方法。超材料一经提出，就引起了学者的极大关注，特别是在隐身领域，通过设计超材料单元，能够自由的调控电磁波，实现近乎完美吸收。目前，为了实现微波频段内特别是在X-Ku波段的高效吸收，常常需要体积较大或者重量较重的雷达吸波材料，使得现有的吸波材料难以满足在X-Ku波段超高吸收性能的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构，该吸波体结构简单、采用印刷电路板技术加工、成本低、质量轻，X波段吸收效率可达-35dB以上。
本发明第一个目的是提供一种新型超高吸收率超材料吸波体，包括：
介质板及所述介质板的一面或者两面上设置有相互平行的多个横向金属线。
优选的，所述介质板是锥形板体，其底边的尺寸为：13-17mm；
高度尺寸为：18-30mm；
所述介质板的厚度为：0.3-1mm。
更优选的，所述介质板一面或者两面上的几何中线上均设有竖向金属线；
所述介质板上设有两组多个所述横向金属线，均位于所述竖向金属线的两侧；
每组多个所述横向金属线，其一端部均与所述竖向金属线连接，且两组所述横向金属线与所述竖向金属线的连接处依次交错设置。
更优选的，每组所述横向金属线的宽度均为：0.2-0.4mm；
每组相邻所述横向金属线之间的间隔尺寸均为：0.2-0.4mm。
更优选的，两组所述横向金属线的长度朝所述介质板尖端方向依次变短；
任一组相邻所述横向金属线的长度差为：0.1-0.2mm；
任一组最长所述横向金属线的长度为：6-7.5mm；
任一组最短所述横向金属线的长度为：0.2-1.5mm。
本发明第二个目的是提供一种新型超高吸收率超材料吸波单元，包括
金属板及所述金属板上设置的上述所述的吸波体；
所述介质板垂直设置于所述金属板上。
本发明第三个目的是提供一种新型超高吸收率超材料吸波结构，包括阵列设置的多个上述的吸波单元。
优选的，每个所述吸波单元的吸波体均朝同一方向。
优选的，每列相邻所述吸波单元依次相连；
相邻列的所述吸波单元间隔尺寸为：15.5mm。
本发明第四个目的是提供一种新型超高吸收率超材料吸波结构在X-Ku波段吸波性能的应用。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供的吸波体，该结构简单、采用印刷电路板技术加工、成本低、质量轻。通过将超材料吸波体交错排布，可以进一步提升吸波性能。
本发明提供的吸波结构，正向反射率低于-35dB，且在一定角域范围内均具有良好的吸波性能，同时，由于采用二维栅格阵列，该发明的吸波性能与极化无关。
附图说明
图1为实施例1提供的超高吸收率超材料吸波体结构示意图。
图2为本发明提供的超高吸收率超材料实物照片；
其中，图2(a)为实施例1提供的吸波体实物照片；
图2(b)为实施例3提供的吸波结构实物照片；
图2(c)为实施例3提供的吸波结构吸波性能测试过程照片。
图3为实施例3提供的新型超高吸收率超材料吸波结构反射率仿真曲线及测试曲线。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
需要说明的是，下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
使用介质板为FR-4材料(环氧树脂玻璃纤维复合材料)，厚度t＝0.4mm，相对介电常数εr＝4.3，损耗角正切tan(δ)＝0.025。
采用印刷电路板技术在介质板表面设置横向金属线和竖向金属线；横向金属线和竖向金属线均为铜材料。
下述实施例选用的金属板为铜，也可以是其他金属材料。
本发明提供的一种新型超高吸收率超材料吸波体，见图1所示，包括：
介质板1及介质板1的一面或者两面上设置有相互平行的多个横向金属线11。
具体的，介质板1是锥形板体，其底边的尺寸为：13-17mm；
高度尺寸为：18-30mm；
介质板1的厚度为：0.3-1mm。
介质板1一面或者两面上的几何中线上均设有竖向金属线13；
介质板1上设有两组多个横向金属线11，均位于竖向金属线13的两侧；
每组多个横向金属线11，其一端部均与竖向金属线13连接，且两组横向金属线11与竖向金属线13的连接处依次交错设置。
竖向金属线的宽度为：0.2-0.4mm；
每组横向金属线11的宽度均为：0.2-0.4mm；
每组相邻横向金属线11之间的间隔尺寸均为：0.2-0.4mm。
两组横向金属线11的长度朝介质板1尖端方向依次变短；
任一组相邻横向金属线11的长度差为：0.1-0.2mm；
任一组最长横向金属线11的长度为：6-7.5mm；
任一组最短横向金属线11的长度为：0.2-1.5mm。
实施例1
一种新型超高吸收率超材料吸波体，见图1所示，包括：
介质板1及介质板1的一面上设置有相互平行的多个横向金属线11。
其中，将介质板1是锥形板体，其底边的尺寸为：15.5mm；
高度尺寸为：25mm；
介质板1的厚度为：0.4mm。
介质板1一面上的几何中线上均设有竖向金属线13；
介质板1上设有两组多个横向金属线11，均位于竖向金属线13的两侧；
每组多个横向金属线11，其一端部均与竖向金属线13连接，且两组横向金属线11与竖向金属线13的连接处依次交错设置。
竖向金属线的宽度为：0.2mm；
每组横向金属线11的宽度均为：0.2mm；
每组相邻横向金属线11之间的间隔尺寸均为：0.2mm。
两组横向金属线11的长度朝介质板1尖端方向依次变短；
任一组相邻横向金属线11的长度差为：0.11mm；
任一组最长横向金属线11的长度为：6.9mm；
任一组最短横向金属线11的长度为：0.51mm。
实施例2
一种新型超高吸收率超材料吸波单元，包括：
金属板及金属板上设置的实施例1提供的吸波体；
介质板垂直设置于金属板上。
实施例3
一种新型超高吸收率超材料吸波结构，见图2所示，包括阵列设置的多个实施例2提供的的吸波单元。
具体的，每个吸波单元的吸波体均朝同一方向；每列相邻吸波单元依次相连；相邻列的吸波单元间隔尺寸为：15.5mm。
为了说明本发明提供的吸波体的吸波性能，对实施例3提供的将吸波体制成的吸波结构在X-Ku波段进行吸波性能测试。见图3所示，
图3为实施例3提供的一种新型超高吸收率超材料吸波结构反射率反射率仿真曲线及测试曲线。
单元结构尺寸为亚波长至0.5波长范围内，根据所需波段要求可以改变周期实现不同波段的设计要求。将设计技术指标具体定为X-Ku波段具有吸收性能，特别地，在X波段反射率低于-35dB，对实施例3提供的吸波结构进行具体的测试验证。
从图3可知，在8.0-12.0频段内，镜面反射率均小于-35dB，均值在-40dB以上，本发明提供的新型超高吸收率超材料吸波结构在X波段正入射下的反射率测试与仿真结果基本吻合。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种新型超高吸收率超材料吸波体，其特征在于，包括：
介质板及所述介质板的一面或者两面上设置有相互平行的多个横向金属线。
2.根据权利要求1所述的新型超高吸收率超材料吸波体，其特征在于，
所述介质板是锥形板体，其底边的尺寸为：13-17mm；
高度尺寸为：18-30mm；
所述介质板的厚度为：0.3-1mm。
3.根据权利要求2所述的新型超高吸收率超材料吸波体，其特征在于，
所述介质板一面或者两面上的几何中线上均设有竖向金属线；
所述介质板上设有两组多个所述横向金属线，均位于所述竖向金属线的两侧；
每组多个所述横向金属线，其一端部均与所述竖向金属线连接，且两组所述横向金属线与所述竖向金属线的连接处依次交错设置。
4.根据权利要求2所述的新型超高吸收率超材料吸波体，其特征在于，
每组所述横向金属线的宽度均为：0.2-0.4mm；
每组相邻所述横向金属线之间的间隔尺寸均为：0.2-0.4mm。
5.根据权利要求2所述的新型超高吸收率超材料吸波体，其特征在于，
两组所述横向金属线的长度朝所述介质板尖端方向依次变短；
任一组相邻所述横向金属线的长度差为：0.1-0.2mm；
任一组最长所述横向金属线的长度为：6-7.5mm；
任一组最短所述横向金属线的长度为：0.2-1.5mm。
6.一种新型超高吸收率超材料吸波单元，其特征在于，包括
金属板及所述金属板上设置的权利要求1～4任一项所述的吸波体；所述介质板垂直设置于所述金属板上。
7.一种新型超高吸收率超材料吸波结构，其特征在于，包括阵列设置的多个权利要求6所述的吸波单元。
8.根据权利要求7所述的新型超高吸收率超材料吸波结构，其特征在于，每个所述吸波单元的吸波体均朝同一方向。
9.根据权利要求7所述的新型超高吸收率超材料吸波结构，其特征在于，
每列相邻所述吸波单元依次相连；
相邻列的所述吸波单元间隔尺寸均为：15.5mm。
10.权利要求7所述的新型超高吸收率超材料吸波结构在X-Ku波段吸波性能的应用。
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