CN114447622A - 一种宽带超薄透明吸波体设计 - Google Patents

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刘谨仪
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Abstract

本发明公开了一种宽带超薄透明吸波体设计，包括ITO膜和多个吸波单元，所述ITO膜的底部固定放置有多个吸波单元，所述吸波单元由三个超薄电阻膜谐振器、三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜和三个聚氯乙烯膜，三个所述超薄电阻膜谐振器均匀沉积在三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜顶部，顶部的所述超薄电阻膜谐振器和中部的超薄电阻膜谐振器由聚氯乙烯膜隔开，所述聚氯乙烯膜的厚度范围为2.5‑3.5mm。本发明基于双层吸波结构层,并结合电阻膜的方阻设计了超宽谱吸波材料,通过合理选择电阻膜表面阻值以及结构参数,实现在低频、中频、高频吸波峰,且增强了低频吸收强度,从而扩宽整体吸波带宽,可实现在4.6‑24.4GHz的吸波性能小于‑10dB。

Description

一种宽带超薄透明吸波体设计
技术领域
本发明涉及一种吸波体，特别涉及一种宽带超薄透明吸波体设计，属于通信技术领域。
背景技术
通信技术不断发展，给人们生活提供了便利，同时也对人们的生活产生了影响，例如：电磁波辐射。电磁波辐射的影响主要包含两个方面：一是仪器仪表辐射的电磁波会干扰其他设备的正常工作，使其失灵，例如：在飞机上使用手机会对飞机的仪器仪表造成影响；在考试的房间使用屏蔽器对手机信号进行干扰，使其不能正常使用。二是过量电磁波辐射会损害人体安全和健康，例如对人的视觉系统、机体免疫功能、心血管系统、内分泌系统、生殖系统和遗传、中枢神经系统等都产生不同程度的影响，能激活原癌基因，诱发癌症，是造成儿童白血病的原因之一。因此，如何有效降低电磁辐射，是一个迫切需要解决的问题。吸波材料可以有效吸收损耗入射到其上的电磁波，且具有吸收率高，无二次污染等特点，是解决电磁辐射污染问题的有力工具。
自电磁隐身技术在20世纪70年代被提出，其就受到广泛关注，目前已在新型信息化战争有了不可取代的地位。隐身技术主要分为外形隐身技术和雷达吸波材料隐身技术，其中外形隐身技术是通过采用特殊的外形设计，从而有效降低战机对雷达信号的散射，实现隐身的效果；而雷达吸波材料主要是利用材料自身的特性将入射的电磁能转化为其他形式的能
量进而消耗掉，降低雷达波的反射，避免被探测到，目前已在很多军事装备都有所应用。
微波吸收器作为吸收和耗散电磁波能量、抑制电磁波反射和传播的有效工具，在电磁屏蔽、无线通信、成像和雷达隐身技术等领域得到了广泛的应用。在
过去的几十年里，人们已经在吸波体的设计上做了大量的工作。Salisbury屏作为最早的吸波材料之一，可以通过在厚度为1/4波长的介质板上放置电阻膜层来实现吸收，但其带宽较窄。为了获得更宽的带宽，人们又提出了Dallenbach吸收器和金字塔型吸收器等。然而，它们的体积和质量都比较大，限制了它们在许多方面的应用。
具有亚波长结构的人工工程材料，即超材料，具有很多有趣的电磁特性，如负折射率、反向传播、逆多普勒效应等。实现电磁波吸收，也是超材料一种典型的应用。超材料单元结构会在特定频段内产生共振，从而实现完全吸收，而且使用超材料实现电磁波吸收，还可以克服传统四分之一波长器件的厚度限制。但直到现在，设计一种简单、超宽带、广角的吸波器仍具有很大的挑战性
通过以上介绍，多数工作在微波频段内的超材料吸收器仍存在吸收率不够高，结构复杂，吸收带宽有待于进一步提高等问题。此外，在低频段实现宽带吸收仍然是一个难题，因此本发明主要致力于结构简单、超薄、透明的超材料吸波体设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带超薄透明吸波体设计，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括ITO膜和多个吸波单元，所述ITO膜的底部固定放置有多个吸波单元，所述吸波单元由三个超薄电阻膜谐振器、三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜和三个聚氯乙烯膜，三个所述超薄电阻膜谐振器均匀沉积在三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜顶部，顶部的所述超薄电阻膜谐振器和中部的超薄电阻膜谐振器由聚氯乙烯膜隔开，所述聚氯乙烯膜的厚度范围为2.5-3.5mm,介电常数的范围2-3，中间的所述超薄电阻膜谐振器和底部的超薄电阻膜谐振器之间由空气层隔开，顶部的所述超薄电阻膜谐振器、中部的所述超薄电阻膜谐振器和底部所述的超薄电阻膜谐振器周期均为P(即相邻的两个图案中心之间的距离均为p),且10mm≤p≤18mm；
多个顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案为正方形，边长为a，且6≤a≤10mm，方阻为RS1，且的范围为300-600Ω/sq；
多个中部的所述超薄电阻膜谐振器团案为交通十字形图案，3≤r≤5mm,5≤l≤7mm,0.2≤S1≤0.5mm,0.5≤S2≤0.9mm,0.2≤S3≤0.5mm,0.7≤W1≤0.8mm,0.8≤W2≤0.9mm,0.8≤W3≤1mm，方阻为RS2，0≤≤15Ω/sq；
多个底部的所述超薄电阻膜谐振器方阻为RS3，300≤≤500Ω/sq，且顶部的超薄电阻膜谐振器团案、中部的超薄电阻膜谐振器团案和底部的超薄电阻膜谐振器团案中心投影吻合。
作为本发明的一种优选技术方案，顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案、中部的所述超薄电阻膜谐振器团案和底部的所述超薄电阻膜谐振器团案的中心在底层投影位于同一个点上。
作为本发明的一种优选技术方案，顶部的所述超薄电阻膜谐振器还包括:第一薄膜层，顶部的所述超薄电阻膜谐振器的底端设有第一薄膜层,中部的所述超薄电阻膜谐振器还包括:第二薄膜层,中部的所述超薄电阻膜谐振器的底端固定设有第二薄膜层，所述第一薄膜层和第二薄膜层的厚度为0.1mm-0.3mm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一薄膜层、第二薄膜层为PET膜。
作为本发明的一种优选技术方案，顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案与第一薄膜层和中部的所述超薄电阻膜谐振器团案与第二薄膜层均采用激光刻蚀的方式分别印刷设置。
作为本发明的一种优选技术方案，顶部的所述超薄电阻膜谐振器、中部的所述超薄电阻膜谐振器和底部所述的超薄电阻膜谐振器周期P为P＝14mm，多个顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案a＝8.8mm,方阻为Rs1＝420Ω/sq,多个中部的所述超薄电阻膜谐振器团案，r＝3.9mm,l＝6.4mm,S1＝0.25mm,S1＝0.75mm，S1＝0.32mm,W1＝0.6mm,W2＝0.8mm,W3＝0.9mm,方阻为RS2＝7Ω/sq，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯膜厚度为0.156mm,介电常数为3.0(1-j0.06)，所述聚氯乙烯膜厚度为3mm,介电常数为2.45(1-j0.012)，空气层厚度为1.4mm，在4.6-24.4GHz的吸波性能小于-10dB。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种宽带超薄透明吸波体设计，基于双层吸波结构层,并结合电阻膜的方阻设计了超宽谱吸波材料,通过合理选择电阻膜表面阻值以及结构参数,实现在低频、中频、高频吸波峰,且增强了低频吸收强度,从而扩宽整体吸波带宽,可实现在4.6-24.4GHz的吸波性能小于-10dB。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的正面结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明的一实施例的波90°直射和模拟的吸波性能图；
图5为图4在TE波不同入射角度时的吸波性能图；
图6为图4在TM波不同入射角度时的吸波性能图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供了一种宽带超薄透明吸波体设计的技术方案：
根据图1-6所示，包括ITO膜和多个吸波单元，ITO膜的底部固定放置有多个吸波单元，吸波单元由三个超薄电阻膜谐振器、三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜和三个聚氯乙烯膜，三个超薄电阻膜谐振器均匀沉积在三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜顶部，顶部的超薄电阻膜谐振器和中部的超薄电阻膜谐振器由聚氯乙烯膜隔开，聚氯乙烯膜的厚度范围为2.5-3.5mm,介电常数的范围2-3，中间的超薄电阻膜谐振器和底部的超薄电阻膜谐振器之间由空气层隔开，顶部的超薄电阻膜谐振器、中部的超薄电阻膜谐振器和底部的超薄电阻膜谐振器周期均为P(即相邻的两个图案中心之间的距离均为p),且10mm≤p≤18mm；
多个顶部的超薄电阻膜谐振器团案为正方形，边长为a，且6≤a≤10mm，方阻为RS1，且的范围为300-600Ω/sq；
多个中部的超薄电阻膜谐振器团案为交通十字形图案，3≤r≤5mm,5≤l≤7mm,0.2≤S1≤0.5mm,0.5≤S2≤0.9mm,0.2≤S3≤0.5mm,0.7≤W1≤0.8mm,0.8≤W2≤0.9mm,0.8≤W3≤1mm，方阻为RS2，0≤≤15Ω/sq；
多个底部的超薄电阻膜谐振器方阻为RS3，300≤≤500Ω/sq，且顶部的超薄电阻膜谐振器团案、中部的超薄电阻膜谐振器团案和底部的超薄电阻膜谐振器团案中心投影吻合。
基于双层吸波结构层,并结合电阻膜的方阻设计了超宽谱吸波材料,通过合理选择电阻膜表面阻值以及结构参数,实现在低频、中频、高频吸波峰,且增强了低频吸收强度,从而扩宽整体吸波带宽,可实现在4.6-24.4GHz的吸波性能小于-10dB。
顶部的超薄电阻膜谐振器团案、中部的超薄电阻膜谐振器团案和底部的超薄电阻膜谐振器团案的中心在底层投影位于同一个点上。
顶部的超薄电阻膜谐振器还包括:第一薄膜层，顶部的超薄电阻膜谐振器的底端设有第一薄膜层,中部的超薄电阻膜谐振器还包括:第二薄膜层,中部的超薄电阻膜谐振器的底端固定设有第二薄膜层，第一薄膜层和第二薄膜层的厚度为0.1mm-0.3mm，第一薄膜层、第二薄膜层为PET膜，顶部的超薄电阻膜谐振器团案与第一薄膜层和中部的超薄电阻膜谐振器团案与第二薄膜层均采用激光刻蚀的方式分别印刷设置。
顶部的超薄电阻膜谐振器、中部的超薄电阻膜谐振器和底部的超薄电阻膜谐振器周期P为P＝14mm，多个顶部的超薄电阻膜谐振器团案a＝8.8mm,方阻为Rs1＝420Ω/sq,多个中部的超薄电阻膜谐振器团案，r＝3.9mm,l＝6.4mm,S1＝0.25mm,S1＝0.75mm，S1＝0.32mm,W1＝0.6mm,W2＝0.8mm,W3＝0.9mm,方阻为RS2＝7Ω/sq，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜厚度为0.156mm,介电常数为3.0(1-j0.06)，聚氯乙烯膜厚度为3mm,介电常数为2.45(1-j0.012)，空气层厚度为1.4mm，在4.6-24.4GHz的吸波性能小于-10dB。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种宽带超薄透明吸波体设计，包括ITO膜和多个吸波单元，其特征在于，所述ITO膜的底部固定放置有多个吸波单元，所述吸波单元由三个超薄电阻膜谐振器、三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜和三个聚氯乙烯膜，三个所述超薄电阻膜谐振器均匀沉积在三个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜顶部，顶部的所述超薄电阻膜谐振器和中部的超薄电阻膜谐振器由聚氯乙烯膜隔开，所述聚氯乙烯膜的厚度范围为2.5-3.5mm,介电常数的范围2-3，中间的所述超薄电阻膜谐振器和底部的超薄电阻膜谐振器之间由空气层隔开，顶部的所述超薄电阻膜谐振器、中部的所述超薄电阻膜谐振器和底部所述的超薄电阻膜谐振器周期均为P(即相邻的两个图案中心之间的距离均为p),且10mm≤p≤18mm；
多个顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案为正方形，边长为a，且6≤a≤10mm，方阻为RS1，且的范围为300-600Ω/sq；
多个中部的所述超薄电阻膜谐振器团案为交通十字形图案，3≤r≤5mm,5≤l≤7mm,0.2≤S1≤0.5mm,0.5≤S2≤0.9mm,0.2≤S3≤0.5mm,0.7≤W1≤0.8mm,0.8≤W2≤0.9mm,0.8≤W3≤1mm，方阻为RS2，0≤≤15Ω/sq；
多个底部的所述超薄电阻膜谐振器方阻为RS3，300≤≤500Ω/sq，且顶部的超薄电阻膜谐振器团案、中部的超薄电阻膜谐振器团案和底部的超薄电阻膜谐振器团案中心投影吻合。
2.根据权利要求1所述的一种宽带超薄透明吸波体设计，其特征在于：顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案、中部的所述超薄电阻膜谐振器团案和底部的所述超薄电阻膜谐振器团案的中心在底层投影位于同一个点上。
3.根据权利要求1所述的一种宽带超薄透明吸波体设计，其特征在于：顶部的所述超薄电阻膜谐振器还包括:第一薄膜层，顶部的所述超薄电阻膜谐振器的底端设有第一薄膜层,中部的所述超薄电阻膜谐振器还包括:第二薄膜层,中部的所述超薄电阻膜谐振器的底端固定设有第二薄膜层，所述第一薄膜层和第二薄膜层的厚度为0.1mm-0.3mm。
4.根据权利要求3所述的一种宽带超薄透明吸波体设计，其特征在于：所述第一薄膜层、第二薄膜层为PET膜。
5.根据权利要求3所述的一种宽带超薄透明吸波体设计，其特征在于：顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案与第一薄膜层和中部的所述超薄电阻膜谐振器团案与第二薄膜层均采用激光刻蚀的方式分别印刷设置。
6.根据权利要求1所述的一种宽带超薄透明吸波体设计，其特征在于：顶部的所述超薄电阻膜谐振器、中部的所述超薄电阻膜谐振器和底部所述的超薄电阻膜谐振器周期P为P＝14mm，多个顶部的所述超薄电阻膜谐振器团案a＝8.8mm,方阻为Rs1＝420Ω/sq,多个中部的所述超薄电阻膜谐振器团案，r＝3.9mm,l＝6.4mm,S1＝0.25mm,S1＝0.75mm，S1＝0.32mm,W1＝0.6mm,W2＝0.8mm,W3＝0.9mm,方阻为RS2＝7Ω/sq，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯膜厚度为0.156mm,介电常数为3.0(1-j0.06)，所述聚氯乙烯膜厚度为3mm,介电常数为2.45(1-j0.012)，空气层厚度为1.4mm，在4.6-24.4GHz的吸波性能小于-10dB。
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