CN114122738A - 一种基于ito电阻膜的透明宽带电磁吸波器 - Google Patents

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夏雨
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    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
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Abstract

本发明公开了一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，属于电磁材料技术领域，包括上下两层玻璃基底和蚀刻在两玻璃基底上的不同方阻值的ITO周期单元，以及中间透明玻璃基板；周期单元结构是一个方环贴片，方环贴片是由方阻为
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
的ITO蚀刻在玻璃基底上的一层薄膜。中间层选用玻璃做阻抗匹配，达到透明的目的，底层玻璃基底上全部蚀刻方阻为
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
的ITO，由于底层ITO的方阻很小，电导率接近完美金属导体，故而可以将其视为一个金属反射板。本发明专利实用阻性ITO与玻璃实现的吸波器，打破了传统吸波器不透明、带宽窄的局限性，应用场景得到扩宽，在电磁屏蔽和对透光度有要求的驾驶座舱等方面都有重要的应用前景。

Description

一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器
技术领域
本发明属于电磁材料技术领域，具体涉及一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器。
背景技术
电磁吸波器(Electromagnetic absorber,EMA)是一种重要的电磁器件，它在电磁兼容、电磁隐身、信息安全等领域扮演着非常重要的角色。随着科学技术的迅速发展，各类电子元件产生了大量不同频率的电磁辐射，对吸波器的性能、尺寸、角度稳定性等指标提出了更高的要求。EMA由于其吸收率高、设计灵活等优点得到了日益广泛的应用。
EMA的原型最早由美国研究人员Winfield Salisbury在1952年提出的SalisburyScreen而来，由顶层金属薄膜、具有工作波长四分之一厚度的介质板和底层金属反射板三部分组成，最早被用来降低各种战争设备的雷达散射截面，减少被探测的风险。后来发展出了很多种吸波材料以达到扩展带宽、电磁隐身以及更好地适应复杂电磁环境的目的，可大致分类为以下几种材料：等离子体电磁吸收材料、纳米吸波材料、手性电磁吸波材料、铁氧体吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、导电高聚合物吸波材料和金属微粉复合吸波材料。但由于它们很难达到现代化隐身材料应用要求“薄、轻、宽、高”，并且制作难度大以及成本高，很难得到广泛应用。
透明的电磁吸波器(Transparent electromagnetic absorber)是近年来提出的一种新型吸波器，与传统的电磁吸波器相比，它的结构均由透明材料构成，具有显著的透光性，打破了传统吸波器件不透光的局限性。透明电磁吸波器的出现扩大了电磁吸波材料的应用场景，例如，对透光性有要求的飞行器驾驶舱使用透明吸波器可以在不影响透光性的情况下很好地实现电磁隐身。随着透明吸波器的出现，各种各样新型结构的透明电磁吸波器相继被提出，而其功能和性能也相继提升，由最初对单频点的入射电磁波进行吸收，到逐渐设计出可以实现双频点、多频点、宽频段的电磁吸波器，并且吸波器最初存在着入射电磁波的极化敏感和入射角敏感的缺点，但随着之后的结构优化设计，使其慢慢克服了这些缺陷。透明电磁吸波器符合现代隐身材料的发展优点“薄、轻、高、宽、透”，从而被现代研究者进行广泛研究。
近年来，许多透明电磁吸收体被理论设计和实验制造。对于透明吸收体，拓扑结构和基板均由透明材料制成。在透明吸波器的设计中，可选的透明的材料有石墨烯、纳米银线、氧化物半导体、氧化铟锡(ITO)等。与其他几种材料相比，ITO具有良好的化学物理稳定性、极高的性价比、材料加工工艺成熟、透光率高等优势，成为应用最广泛的透明吸波材料。
发明内容
本发明提供一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，所述电磁吸波器具有光学透明特性，且通过仿真验证了此透明吸波器的吸波特性，这对电磁吸波器的研究具有主要意义。
为解决以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，包括从下往上依次为第一介质层、第二介质层、第三介质层，每层之间通过光学胶连接；所述第一介质层的上表面设置导电薄膜；所述第三介质层的下表面设置阻性薄膜。
以上所述结构中，所述第一介质层和第三介质层均采用相对介电常数为4.7、厚度为0.55mm的钙钠玻璃，所述第二介质层采用相对介电常数为4.7、厚度为4.5mm的钙钠玻璃；
所述导电薄膜和阻性薄膜均采用磁溅射技术印制在介质层表面；
所述导电薄膜采用方阻为6Ω/sq的ITO薄膜；所述阻性薄膜包括若干个呈方环周期排布的阻性单元；所述阻性单元由方阻为42Ω/sq的ITO蚀刻而成。
有益效果：本发明提供了一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，与现有技术相比，具有以下优势：
1.本发明由第一介质层、ITO薄膜、第二介质层、方环ITO薄膜和第三介质层自下而上排列形成叠层结构,第一介质层、第二介质层和第三介质层均采用透明度极高的钙钠玻璃，导电薄膜和阻性薄膜采用透光良好氧化铟锡材料，与现有技术相比,在保证吸波带宽和吸波率的同时,实现了电磁吸波器的良好透光性能,扩大了应用范围；
2.本发明的第一介质层上完全被蚀刻导电薄膜，第三介质层下是若干个周期排布的透明ITO膜组成的方环阵列，电阻薄膜方阻为42Ω/sq,导电薄膜方阻为6Ω/sq的透明薄膜，具有较高的电阻率与较低的电阻率，因此可以将它视为金属导体，用于反射电磁波；当电磁波入射到本发明提出的吸波器上时，它将会在介质层间形成多次反射，最终与自由空间阻抗匹配产生宽带吸波的效果,工作带宽内实现了高吸波率,又由于采用的电阻薄膜具有质量轻和厚度薄的特点,在保证宽带吸波效果和高吸波率的同时,减小了吸波器的厚度和重量,更具有实用性,便于与微波系统集成；
3.本发明由于导电薄膜和介质层采用氧化铟锡材料与钠钙玻璃,与现有的基于ITO的透明吸波器相比，本发明使用ITO薄膜来替代传统的电阻膜，使用用透明的玻璃作为介质基底，且没有空气层，实现整体结构的可视性，具有更好的物理稳定性，不易产生形变，具有机械硬度高,化学稳定性好等优点,能够在长时间内保证性能的稳定,使用寿命更长，且价格便宜，加工制作方便，性价比极高，能够更好地适用于现实场景。
附图说明
图1是本发明吸波器结构示意图；
图2是本发明吸波器结构侧视图；
图3是本发明吸波器结构俯视图；
图4是本发明吸波器反射系数曲线；
图5是本发明吸波器的吸波率曲线；
图6是本发明在不同入射角度下的吸波率。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明：
如图1、图2所示，一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，包括从下至上第一介质层、导电薄膜、第二介质层、阻性薄膜、第三介质层，其中阻性薄膜采用磁溅射技术印制在第三介质层的下表面,若干个方环单元呈周期排布，导电薄膜同样采用磁溅射技术印制在第一介质层的上表面,该导电薄膜完全覆盖在第一介质层上表面。本实施例中的具体结构参数如图2与图3所示：介质层厚度t＝0.55mm,h＝4.5mm,结构单元的周期p＝9.5mm,第三介质层下方环的外宽为a＝8mm,第三介质层下方环的内宽为b＝5.2mm,第二介质层上阻性薄膜的方阻为RS1＝42Ω/sq，第一介质层上导电薄膜的方阻为RS2＝6Ω/sq。
第一介质层和第三介质层均采用相对介电常数为4.7，厚度为0.55mm的钙钠玻璃，第二介质层采用具有相同介电常数，厚度为4.5mm的钙钠玻璃作为支撑基板。该三个介质板用于实现电磁波的层间藕合，使吸波器内的阻抗与自由空间的阻抗匹配，实现更好的吸波效果。
参照图4是利用图1周期结构通过商业电磁仿真软件CST Studio Suite仿真得到的在4-20GHz的反射系数，横坐标表示频率，纵坐标表示反射电磁能量的大小，可以看出在5-19GHz内的反射系数小于-10dB。参照图5是本发明所提出的吸波器的吸波率，横坐标是频率，纵坐标是对电磁能量的吸收率，参照图6是本发明在不同入射角度下的吸波率，仿真结果表明，本发明的绝对工作带宽大于14GHz，相对带宽达到116.67％，吸波带宽内吸波率大于90％，吸波器厚度仅为0.22λ0(其中λ0为吸波中心频点对应的波长)，与现有技术相比，在保证吸波率和吸波带宽同时，体现出更高的透光性和更小的重量。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方案，并不用以限制本发明专利。应当指出：凡在本发明专利精神和原则之内所做出任何改进和润饰，均应视为本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，包括从下往上依次为第一介质层、第二介质层、第三介质层，每层之间通过光学胶连接；所述第一介质层的上表面设置导电薄膜；所述第三介质层的下表面设置阻性薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述第一介质层和第三介质层均采用相对介电常数为4.7、厚度为0.55mm的钙钠玻璃。
3.根据权利要求1所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述第二介质层采用相对介电常数为4.7、厚度为4.5mm的钙钠玻璃。
4.根据权利要求1所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述导电薄膜和阻性薄膜均采用磁溅射技术印制在介质层表面。
5.根据权利要求1或4所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述导电薄膜采用方阻为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的ITO薄膜。
6.根据权利要求1或4所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述阻性薄膜包括若干个呈方环周期排布的阻性单元。
7.根据权利要求6所述的基于ITO电阻膜的透明宽带电磁吸波器，其特征在于，所述阻性单元由方阻为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的ITO蚀刻而成。
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