CN116505285A - 一种超宽带微波吸收体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超宽带微波吸收体，其至少由一个吸波周期单元构成；所述吸波周期单元由三层PET介质层、三层PMMA介质层、一层背板和两层谐振图案层组成，从上至下依次为PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层和背板。本发明的吸收体具有更宽的吸收带宽，可应用于更广泛的电磁波频率范围。此外，本发明采用的渔网状谐振图案设计，结合ITO导电薄膜和透明介质层作为制作材料，可显著提高整个吸收体的透光性，避免了传统吸收体器件使用金属材料导致的透光性差而限制吸收体的使用场景等问题。因此，本发明的设计具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及吸波器领域，具体是一种超宽带微波吸收体。
背景技术
随着无线通讯、雷达、卫星导航等领域的快速发展，电磁波的应用范围越来越广泛。然而，电磁波的辐射不仅对人体健康构成潜在威胁，还可能对其他电子设备和通信系统造成干扰和影响。因此，控制和管理电磁波成为一项至关重要的任务。
在电磁波控制领域，吸收体作为一种重要材料，广泛应用于电磁波屏蔽、电磁波吸收和电磁能量收集等领域。吸收体可以将电磁波的能量吸收并转化为其他形式的能量，从而控制电磁波的传播。然而，目前的吸收体在制作和使用上仍然存在一些不足之处。
首先，现有的吸收体通常采用金属材料制作。金属材料具有良好的导电性能，对高频电磁波的吸收效果较好。然而，由于金属材料本身不透明，其在某些应用场景中可能会对光线的透过性造成一定的影响，从而影响性能表现。其次，现有的吸收体多数带宽较窄，只能在某一特定频段内起到较好的吸收效果。而不同场合和设备需要控制的电磁波频段不同，因此需要具有更广泛的频段吸收能力。目前已经有一些研究提出了多层结构吸收体、复合材料吸收体和微纳米结构吸收体等解决方案，但还无法实现吸收体超宽带、光学透明等属性。因此，本领域技术人员提出了一种基于渔网状结构的透明超宽带吸收体，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于渔网状结构的透明超宽带吸收体，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明一种超宽带微波吸收体，其至少由一个吸波周期单元构成；所述吸波周期单元由三层PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)介质层、三层PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)介质层、一层背板和两层谐振图案层组成，从上至下依次为PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层和背板。
优选地，所述PMMA介质层由透明状的PDMS板材构成。
优选地，所述PET介质层由透明状的PDMS板材构成。
优选地，所述背板由透明的导电薄膜ITO(氧化铟锡)构成。
优选地，所述背板为渔网状结构。
优选地，所述谐振图案层由透明的导电薄膜ITO构成。
优选地，所述谐振图案层为渔网状结构。
所述吸收体的两层谐振图案层和背板，均采用渔网状结构设计，由用透明的导电薄膜ITO制成，以尽可能提高吸收体的透光性。使用ITO制成的谐振图案层不仅柔性、透明，此外ITO阻值易于调节的特点可以使吸收体更便捷，高效的与自由空间的波阻抗匹配。吸波周期单元的多层结构设计可以让入射的电磁波在吸收体中进行更多的反射、折射，使吸收体获得广泛的工作带宽。
优选地，所述谐振图案层由谐振图案层A和谐振图案层B构成，所述吸波周期单元从上至下依次为PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层A、PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层B、PMMA介质层、PET介质层和背板。所述谐振图案层A和谐振图案层B可以不完全一样。
作为上述方案的进一步改进，所述谐振图案层由谐振图案层A、谐振图案层B和背板的占空比分别为75％、75％和55％。谐振图案层采用渔网状结构设计，在保持电磁波高效吸收的前提下，尽可能提高渔网状结构的占空比，进一步提高吸收体的透光性。渔网状结构的占空比是指ITO图案中开口的面积与总面积之比，用于衡量ITO薄膜在谐振图案层内所占的比例大小。较大的占空比通常会获得更高的光学透过率。
该吸波周期单元的两层谐振图案层和一层背板均采用渔网状结构设计，由透明的导电薄膜ITO制成，以最大程度地提高吸收体的透光性。在9.7～69.2GHz的频段范围内，该吸收体实现了90％以上的电磁波吸收，相对带宽达到150.8％。相比于传统吸收体器件，本发明的吸收体具有更宽的吸收带宽，可应用于更广泛的电磁波频率范围。此外，本发明采用的渔网状谐振图案设计，结合ITO导电薄膜和透明介质层作为制作材料，可显著提高整个吸收体的透光性，避免了传统吸收体器件使用金属材料导致的透光性差而限制吸收体的使用场景等问题。因此，本发明的设计具有重要的实际应用价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用透明介质如PMMA、PET等作为衬底，谐振图案层和背板采用ITO透明导电薄膜设计，整体吸收体具有良好的透光性。
2.本发明的谐振图案层采用互补对称结构设计，对垂直入射的极化电磁波不敏感，各极化角度的吸收效率几乎一致。
3.本发明的谐振图案层和背板采用渔网状结构设计，在保持电磁波高效吸收的同时，尽可能提高渔网状结构的占空比，进一步提高吸收体的透光性。
4.本发明可在9.7～69.2GHz频段内实现90％以上的电磁波吸收，覆盖了X波段(8～12GHz)、Ku波段(12～18GHz)、K波段(18～27GHz)、Ka波段(26.5～40GHz)、V波段(40～75GHz)，相对带宽达到150.8％。
附图说明
图1为本发明实施例中3×3吸波周期单元组成阵列的示意图；
图2为本发明实施例单个吸波周期单元的俯视图；
图3为本发明实施例单个吸波周期单元的侧视图；
图4为本发明实施例单个吸波周期单元的剖面图；
图5为本发明实施例单个吸波周期单元的谐振图案层B；
图6为本发明实施例单个吸波周期单元的谐振图案层A；
图7为本发明实施例单个吸波周期单元的背板；
图8为本发明实施例在电磁波垂直入射时的反射系数与透射系数曲线图；
图9为本发明实施例在电磁波垂直入射时的吸收率曲线图；
图10为本发明实施例在不同极化角度的电磁波垂直入射时的吸收率曲线图；
图中：1为吸波周期单元，2为PMMA介质层，3为PET介质层，4为谐振图案层B，5为谐振图案层A，6为背板。
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。
本发明实施例实验图1～4所示，本发明实施例中是一种基于渔网状结构的透明超宽带微波吸收体，由9个吸波周期单元1构成。每个吸波周期单元的周长P为8mm，每个吸波周期单元1包括三层PMMA介质层2、三层PET介质层3、谐振图案层B4、谐振图案层A5和背板6。从上至下依次为PMMA介质层2、PET介质层3、谐振图案层B4、PMMA介质层2、PET介质层3、谐振图案层A5、PMMA介质层2、PET介质层3和背板6。所述PMMA介质层2厚度均为1mm，介电常数2.25，损耗角正切0.0045，所述PET介质层3厚度均为0.175mm，介电常数3，损耗角正切0.06。本发明的吸收体的谐振图案层B4、谐振图案层A5和背板6均使用透明导电薄膜ITO蚀刻而成，ITO薄膜的厚度约为150nm。由于ITO既具备金属的导电性，又像电阻一般易于选择，提供了更加灵活的吸收体设计方案。渔网状结构的占空比是指总结构被蚀刻的空隙面积与总结构面积之比。本发明将谐振图案设计为渔网状结构，并提高其占空比，为吸收体的谐振图案提供更多的留白空间，从而直接提高吸收体的透光性。
本发明实施例实验图5所示，本发明实施例中，谐振图案层B4是一个十字形图案，使用透明导电薄膜ITO蚀刻而成，ITO阻值规格为15Ω/sq，占空比为75％，其短边a＝1.25mm，长边b＝7mm。
本发明实施例实验图6所示，本发明实施例中，谐振图案层A5是四个中心对称的十字形图案，使用透明导电薄膜ITO蚀刻而成，ITO规格阻值为15Ω/sq,占空比为75％，其短边c＝1.2mm,d＝3.5mm。
本发明实施例实验图7所示，本发明实施例中，背板6是一整片ITO蚀刻为渔网状图案，ITO规格阻值为7Ω/sq,占空比为55％。
本实施例中，使用Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件HFSS2021版进行实验测试。
本发明实验图8所示，设置5～80GHz为扫频范围，测试吸收体在电磁波垂直入射时的反射系数与透射系数，如图可知本发明在9.7～69.2GHz频带范围中反射系数低于-10dB。同时在5～80GHz的整个频段范围内，透射系数在-20～-31dB处波动，表明吸收体阻止了99％以上的电磁波透射。
本发明实验图9所示，设置5～80GHz为扫频范围，测试吸收体在电磁波垂直入射时的吸收率，如图可知本发明在9.71～69.2GHz的频段范围内吸收效率高于90％，相对带宽为150.8％。
本发明实验图10所示，设置5～80GHz为扫频范围，测试不同极化角度的电磁波垂直入射时的吸收率，如图可知本发明由于谐振图案的对称性，对0～90°不同极化角度垂直入射的电磁波的吸收率曲线几乎一致，具备极化不敏感的特征。
本实施例中发明点是：本发明采用透明介质(如PMMA、PET等)作为衬底，利用渔网状结构的透明导电薄膜ITO作为谐振图案和背板，既能高效吸收电磁波，又可最大程度地提高渔网状结构的占空比，从而提高吸收体的透光性。此外，本发明采用互补对称的谐振图案，对于不同极化角度垂直入射的电磁波都有良好的吸收效率。在吸收频带上，本发明能够在9.7～69.2GHz频段内实现超过90％的电磁波吸收率，且能够覆盖X波段(8～12GHz)、Ku波段(12～18GHz)、K波段(18～27GHz)、Ka波段(26.5～40GHz)和V波段(40～75GHz)，相对带宽达到150.8％。这项技术的成功在于使用透明材料和渔网状结构的设计，提高了吸收体的透光性和吸收带宽，为电磁波吸收技术的发展提供了一种新思路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.本发明涉及一种超宽带微波吸收体，其特征在于：其至少由一个吸波周期单元构成；所述吸波周期单元由三层PET介质层、三层PMMA介质层、一层背板和两层谐振图案层组成，从上至下依次为PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层、PMMA介质层、PET介质层和背板。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述PMMA介质层由透明状的PDMS板材构成。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述PET介质层由透明状的PDMS板材构成。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述背板由透明的导电薄膜ITO构成。
5.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述背板为渔网状结构。
6.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述谐振图案层由透明的导电薄膜ITO构成。
7.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述谐振图案层为渔网状结构。
8.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述谐振图案层由谐振图案层A和谐振图案层B构成，所述吸波周期单元从上至下依次为PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层A、PMMA介质层、PET介质层、谐振图案层B、PMMA介质层、PET介质层和背板。
9.根据权利要求1所述的一种超宽带微波吸收体，其特征在于：所述谐振图案层由谐振图案层A、谐振图案层B和背板的占空比分别为75％、75％和55％。
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Cited By (1)
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| CN117559141A (zh) * | 2023-11-01 | 2024-02-13 | 广东技术师范大学 | 一种基于拓扑优化的透明宽带超材料吸波体及其制备方法 |
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2023
- 2023-06-03 CN CN202310650350.1A patent/CN116505285A/zh active Pending
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