CN114649689A - 吸波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了吸波器、吸波器制备方法、射频识别系统。其中，所述吸波器包括：至少一个金属贴片和至少一个电阻膜，介质层和金属底板；所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；所述金属贴片覆盖在介质层的表面，所述电阻膜与多个瓣状金属片接合构成电连通，所述介质层的背面贴合在所述金属底板上。当UHF频段电磁波大角度斜入射至吸波器时，首先接触到金属贴片层，该图案层中的外层环形金属片、内层多个瓣形金属片在邻近频率产生强烈的电磁谐振，结合介质层和金属底板构成一个腔体，绝大部分的电磁波能量在此被消耗掉。因此，该吸波器具有UHF频段吸波带宽较宽，大角度斜入射时吸波性能较高，且尺寸小等优点。
Description
技术领域
本申请涉及微波器件技术领域，具体涉及吸波器，以及吸波器制备方法。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是物联网中物体身份识别的关键技术。RFID系统在实际应用尤其是室内环境应用时，由于室内无线通信环境存在多重反射干扰等问题，类似标签误识别等问题便随之产生。这种干扰需要加以控制，以改善无线通信环境特别是改善多径效应问题，从而建立可靠的RFID系统。在实际应用中，主要使用吸波材料来吸收RFID系统周围的环境中反射的电磁波。
以RFID系统工作在美标工作频段(902-928MHz)为例，在该频段的传统吸波材料(如尖劈型海绵吸波材料)尺寸厚度和波长相比拟，尺寸较大，厚度较厚。目前，一种常用的基于UHF频段的吸波器是窄带超材料吸波体，其在865-868MHz的RFID系统工作频段有较高的吸收率。
然而，在实现本发明过程中，发明人发现上述窄带超材料吸波体至少存在如下问题：1)吸波体单元尺寸较大；2)相对带宽仅为0.3％，吸收率较高的频带极窄；3)大角度斜入射敏感，因此限制了其在RFID系统中的实际应用。综上所述，如何设计一种尺寸较小的吸波器来吸收周围环境中不必要的电磁波，改善RFID系统周围的电磁环境，提升标签识别效率，使得RFID系统在室内环境下稳定可靠运行，成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本申请提供吸波器，以解决现有技术存在的UHF频段吸波带宽窄、大角度斜入射时吸波性能差、尺寸大的问题。本申请另外提供吸波器制备方法，以及射频识别系统。
本申请提供一种吸波器，包括：
至少一个金属贴片和至少一个电阻膜，介质层和金属底板；
所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；
所述金属贴片覆盖在介质层的表面，所述电阻膜与多个瓣状金属片接合构成电连通，所述介质层的背面贴合在所述金属底板上。
可选的，所述金属贴片的图案呈中心对称状。
可选的，所述金属贴片为超表面材料的金属贴片。
可选的，所述环形金属片包括：圆环形金属片，或者方环形金属片。
可选的，所述多个瓣形金属片之间等距且离散。
可选的，所述电阻膜包括：方形电阻膜，或者圆形电阻膜。
可选的，所述介质层包括：耐燃材料等级为FR4的介质层。
可选的，所述至少一个金属贴片呈周期性覆盖在介质层的表面。
本申请还提供一种吸波器制备方法，包括：
通过金属刻蚀工艺将金属贴片覆盖在介质层的表面，所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；
将电阻膜与所述多个瓣形金属片接合构成电连通；
将所述介质层的背面贴合在金属底板上。
本申请还提供一种射频识别系统，包括：
根据上述任一项吸波器。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
本申请实施例提供的吸波器，将类橙状图案的金属贴片覆盖在介质层的表面，电阻膜与金属贴片中的多个瓣形金属片接合构成电连通，介质层的背面贴合在金属底板上，这种类橙状图案的金属贴片的阵列排布方式，并结合电阻膜，使得亚波长单元的形状、尺寸等参数得以改变，当电磁波斜入射至吸波器时，首先接触到类橙状图案层，该图案层中的外层环形金属片、内层多个瓣形金属片在邻近频率产生强烈的电磁谐振，结合介质层和金属底板构成一个腔体，绝大部分的电磁波能量在此被消耗掉，同时，表层电磁谐振感应电流流经电阻膜的过程中将部分电磁能流转换成热流被消耗掉，邻近频率相互叠加，从而实现UHF频段大角度吸波的工作状态。由此可见，本实施例提供的吸波器在大角度斜入射时吸波性能优异，吸波带宽较宽，如可涵盖美标902-928MHz的UHF频段，或者可涵盖中国标准920-925MHz的UHF频段，因此可以有效控制周围环境的电磁干扰，从而改善无线通信环境特别是改善多径效应问题。
本申请实施例提供的吸波器制备方法，依托于金属贴片谐振与电阻膜损耗，利用成本较低的电阻膜材料与成熟的金属刻蚀工艺，降低生产成本，实现大规模生产，吸波频带可涵盖较宽的UHF频段，如可涵盖美标902-928MHz的UHF频段，为吸波器在射频电路等大规模应用打下坚实的基础。
本申请实施例提供的射频识别系统，包括上述吸波器，由于该吸波器可以有效改善RFID系统周围的电磁环境；因此，可以有效提升标签识别效率，使得RFID系统在室内环境下稳定可靠运行。
本申请实施例提供的通信系统，包括上述吸波器，由于该吸波器可以有效改善通信系统周围的电磁环境；因此，可以有效提升通信系统的可靠性。
附图说明
图1本申请提供的吸波器的实施例的结构示意图；
图2本申请提供的吸波器的实施例的金属贴片的结构示意图；
图3本申请提供的吸波器的实施例的吸波率随频率分布示意图；
图4本申请提供的吸波器的实施例的吸波率特性示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
在本申请中，提供了吸波器及其制备方法，射频识别系统，通信系统。在下面的实施例中逐一对各种方案进行详细说明。
第一实施例
请参考图1，其为本申请的吸波器的实施例的结构示意图。在本实施例中，所述吸波器包括：至少一个金属贴片，所述金属贴片包括：位于外层的环形金属片1，以及位于环形金属片1内的呈环状放置的多个瓣形金属片2。所述吸波器还包括：至少一个电阻膜3，介质层4和金属底板5。
所述金属贴片、电阻膜3、介质层4和金属底板5由上至下依次设置。所述金属贴片和所述电阻膜3构成吸收器表层结构。所述金属贴片覆盖在介质层4的表面，所述电阻膜3可放置在金属贴片中，与所述多个瓣形金属片2接合构成电连通。介质层4的背面贴合在金属底板5上。
需要说明的是，为了方便区分，图1在不同的层级结构之间间隔出了一定距离，实际上，金属贴片、电阻膜3、介质层4和金属底板5等层紧密贴合在一起。
所述金属贴片的图案，包括具有一定宽度的环形图案，还包括多个瓣形图案。具体实施时，所述金属贴片的环形图案可以是圆环形图案，也可以是方环形图案，还可以是不规则的环形图案，如波浪形的环形图案等。所述金属贴片的瓣形图案，可以是类似橙子瓣横向刨面的三角形图案，也可以是类似花瓣等其它形状的瓣形图案。所述多个瓣形金属片2可由多个等距、离散的瓣形金属片构成。
所述金属贴片，可采用一般的金属材料，如铜、铁等金属材料。所述金属贴片，也可采用超表面等柔性材料，如石墨烯超材料等。作为一种二维的超材料，超表面具有轻质、便捷的物理特性，通过对亚波长单元的形状、尺寸等参数的改变，可获得预期的反射或透射值，进而通过不同的阵列排布，形成各种功能性的器件。本实施例通过所述金属贴片采用的类橙状图案的阵列排布方式，实现UHF频段、宽角的吸波器。
在一个示例中，所述吸波器铺设在射频识别系统的周围环境中，并采用超表面材料的金属贴片，这样可将吸收器从刚性变为柔性，更加有利于现场铺设。具体实施时，可采用金属刻蚀工艺将厚度为35μm的铜材质的金属贴片均匀刻蚀在介质层4的表面。此外，由于超表面的厚度小于波长，且超表面具有轻质、便捷的物理特性，因此吸波器尺寸较小，且结构简单。
所述电阻膜3可放置在金属贴片中的任意位置，只要与所述多个瓣状金属片接合构成电连通即可，如所述电阻膜3放置在金属贴片的中心位置，电阻膜3的边缘与多个瓣状金属片2接合构成电连通。所述电阻膜3，可采用方形电阻膜，也可以采用圆形电阻膜，或者是其它形状的电阻膜。
在一个示例中，所述金属贴片的图案呈中心对称状，所述电阻膜沿着多个金属贴片的周期结构中心对称分布，均匀地贴合在介质层4的表面。由此可实现对入射电磁波极化不敏感，吸收各个路径上散射的不必要的电磁波，确保吸波器对极化不敏感。
所述介质层4的背面可均匀覆盖金属底板5。具体实施时，可在介质层4上覆盖多个所述金属贴片，所述金属贴片的周期为P。所述介质层4可采用FR4耐热等级的介质材料，如玻璃纤维环氧树脂，其厚度可以为毫秒级。
图2是本实施例提供的吸波器中的金属贴片的结构图，在本实施例中，瓣形金属片2的数量为12个，方形电阻膜3的方阻为5Ω/sq，金属贴片的周期为P(如周期P为毫秒级)，瓣形金属片2的半径R1，环形金属片1的内环半径R2，环形金属片1的外环半径R3，方形电阻膜3的边长R4，并沿着金属贴片周期结构的中心对称分布，均匀地贴附在介质层4的表面中心。
本申请实施例提供的吸波器，将类橙状图案的金属贴片覆盖在介质层4表面，所述电阻膜3与多个瓣形金属片2接合构成电连通，介质层4贴合在金属底板5上，这种类橙状图案的金属贴片的阵列排布方式，并结合电阻膜，使得亚波长单元的形状、尺寸等参数得以改变，当电磁波斜入射至吸波器时，首先接触到类橙状图案层，该图案层中的外层金属环贴片1、内层瓣状金属贴片2在邻近频率产生强烈的电磁谐振，结合介质层4和金属底板5构成一个腔体，绝大部分的电磁波能量在此被消耗掉，同时，表层电磁谐振感应电流流经电阻膜3的过程中将部分电磁能流转换成热流被消耗掉，邻近频率相互叠加，从而实现902-928MHz频段大角度吸波的工作状态。
图3是不同极化方式的电磁波斜入射吸波器时吸波率随频率分布情况。从图3a中可以看出，在横电极化模式(E极化波，也称TE波)下，当入射角度在0-50°时，吸波率在902-928MHz频段内均在90％以上，吸波性能优异。从图3b中可以看出，在横磁极化模式(H极化波，也称TM波)下，当入射角度在0-50°时，吸波率在902-928MHz频段内均在90％以上，吸波性能优异，涵盖了美标UHF频段。综上所述，不同极化方式的电磁波斜入射到吸波器时，入射角度不超过50°时，吸波率在902-928MHz频段内均在90％以上，从而实现了UHF频段、宽角、且极化不敏感的吸波器。
图4是本实施例提供的吸波器在吸收垂直入射和大角度入射电磁波时，金属贴片的吸波率特性。从图4a中可以看出，电磁波垂直入射情况下，吸波器在892MHz-916MHz频率范围内，反射系数S11均低于10dB，对应的吸波率A(f)超过90％，实现了吸波体在902MHz-928MHz频段内对电磁波的较好吸收。从图4b中可以看出，电磁波在大角度斜入射情况下，吸波体在904MHz-926MHz频率范围内，反射系数S11均低于10dB，对应的吸波率A(f)超过90％，从而实现了UHF频段、宽角、极化不敏感的吸波器。
从上述实施例可见，本申请实施例提供的吸波器，将类橙状图案的金属贴片覆盖在介质层的表面，电阻膜与金属贴片中的多个瓣形金属片接合构成电连通，介质层的背面贴合在金属底板上，这种类橙状图案的金属贴片的阵列排布方式，并结合电阻膜，使得亚波长单元的形状、尺寸等参数得以改变，当电磁波斜入射至吸波器时，首先接触到类橙状图案层，该图案层中的外层环形金属片、内层多个瓣形金属片在邻近频率产生强烈的电磁谐振，结合介质层和金属底板构成一个腔体，绝大部分的电磁波能量在此被消耗掉，同时，表层电磁谐振感应电流流经电阻膜的过程中将部分电磁能流转换成热流被消耗掉，邻近频率相互叠加，从而实现UHF频段大角度吸波的工作状态。由此可见，本实施例提供的吸波器在大角度斜入射时吸波性能优异，吸波带宽较宽，如可涵盖美标902-928MHz的UHF频段，或者可涵盖中国标准920-925MHz的UHF频段，因此可以有效控制周围环境的电磁干扰，从而改善无线通信环境特别是改善多径效应问题。
第二实施例
在上述的实施例中，提供了一种吸波器，与之相对应的，本申请还提供一种吸波器制备方法。该方法是与上述产品的实施例相对应。由于方法实施例基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。下述描述的方法实施例仅仅是示意性的。
本申请另外提供一种吸波器制备方法，包括：
步骤1：通过金属刻蚀工艺将金属贴片覆盖在介质层的表面，所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；
步骤2：将电阻膜与所述多个瓣形金属片接合构成电连通；
步骤3：将所述介质层的背面贴合在金属底板上。
从上述实施例可见，本申请实施例提供的吸波器制备方法，依托于金属贴片谐振与电阻膜损耗，利用成本较低的电阻膜材料与成熟的金属刻蚀工艺，降低生产成本，实现大规模生产，吸波频带可涵盖较宽的UHF频段，如可涵盖美标902-928MHz的UHF频段，为吸波器在射频电路等大规模应用打下坚实的基础。
第三实施例
在上述的实施例中，提供了一种吸波器，与之相对应的，本申请还提供一种射频识别系统。该射频识别系统是与上述吸波器的实施例相对应。由于系统实施例基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。
本申请另外提供一种射频识别系统，包括：上述吸波器，此外还包括RFID阅读器，以及电子标签。RFID阅读器，即射频识别技术，此技术通常用于无线收发。RFID阅读器被广泛应用于多种领域，如：制造业、物流、港口、码头、车辆及人员管理等。RFID阅读器由几个部分组成：实时处理器、操作系统、虚拟移动内存和一个小型的内置模块(内含收发装置)。电子标签即RFID标签，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据。
在本实施例中，可在射频识别系统周围环境中设置多个吸波器，每个吸波器上可覆盖多个金属贴片，这样可以有效吸收周围环境中不必要的电磁波，改善RFID系统周围的电磁环境，提升标签识别效率，使得RFID系统在室内环境下稳定可靠运行。
第四实施例
在上述的实施例中，提供了一种吸波器，与之相对应的，本申请还提供一种通信系统。该通信系统是与上述吸波器的实施例相对应。由于系统实施例基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。
本申请另外提供一种通信系统，包括：上述吸波器，此外还包括天线等设备。
在本实施例中，可在通信系统周围环境中设置多个吸波器，每个吸波器上可覆盖多个金属贴片，这样可以有效吸收周围环境中不必要的电磁波，改善通信系统周围的电磁环境，提升通信系统的可靠性。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种吸波器，其特征在于，包括：
至少一个金属贴片和至少一个电阻膜，介质层和金属底板；
所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；
所述金属贴片覆盖在介质层的表面，所述电阻膜与多个瓣状金属片接合构成电连通，所述介质层的背面贴合在所述金属底板上。
2.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述金属贴片的图案呈中心对称状。
3.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述金属贴片为超表面材料的金属贴片。
4.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述环形金属片包括：圆环形金属片，或者方环形金属片。
5.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述多个瓣形金属片之间等距且离散。
6.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述电阻膜包括：方形电阻膜，或者圆形电阻膜。
7.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述介质层包括：耐燃材料等级为FR4的介质层。
8.根据权利要求1所述的吸波器，其特征在于，
所述至少一个金属贴片呈周期性覆盖在介质层的表面。
9.一种吸波器制备方法，其特征在于，包括：
通过金属刻蚀工艺将金属贴片覆盖在介质层的表面，所述金属贴片包括：环形金属片，在环形金属片内呈环状放置的多个瓣形金属片；
将电阻膜与所述多个瓣形金属片接合构成电连通；
将所述介质层的背面贴合在金属底板上。
10.一种射频识别系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至8任一项所述的吸波器。
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