CN117769237A - 一种基于特定函数的电磁屏蔽结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，利用通过在介质基板层上附着周期排列的金属图案可以调控介质基板层的等效介电常数和等效磁导率，对入射的电磁波产生特定的响应，从而有效减少特定频段特定电磁波来波方向电磁波透射性能，从而实现介质基板层电磁屏蔽的功能。

Description

一种基于特定函数的电磁屏蔽结构

技术领域

本发明涉及电磁通信技术领域，更具体的是涉及一种基于特定函数的电磁屏蔽结构。

背景技术

新一代移动通信技术在速率、时延、连接数以及移动性上有极大提升。但由于频率的上升导致波长减少，因此很多在前代移动通信中没有考虑的影响不能简单忽略，比如电磁波穿透墙壁、窗户等介质层时的反射特性和传输损耗，以及空间中存在的各种电磁信号的干扰问题。

为了有效减轻通信系统存在同频干扰等问题，新型电磁屏蔽在近几年受到研究者的关注，超材料以及超表面领域的长足发展为解决同频干扰的问题提供了解决方案：通过在介质基材上附着周期排列的金属图案可以调控介质基材的等效介电常数和等效磁导率，这使得电磁波在介质基材大角度斜入射情况下实现电磁屏蔽成为可能，但是现有技术中的超表面结构，不具有电磁屏蔽的功能，因此，提出一种基于特定函数的电磁屏蔽结构来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有技术中的超表面结构，其并不能有效减少介质基材的电磁波的透射性能的问题。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，包括：

介质基板层，所述介质基板层包括两层基础介质层和两层基础介质层之间的空气介质层；

金属图案功能层，所述金属图案功能层包括透明柔性材料层、金属图案层和OCA胶层，所述透明柔性材料层通过OCA胶层粘合到介质基板层外侧表面。

进一步地，所述的介质基板层为电磁波透波材料，如PCB基板、玻璃、亚克力材料、塑料、木板等常规的可透电磁波的工业材料。

进一步地，所述透明柔性材料为PET材料。

进一步地，所述金属图案层通过Cu Mesh工艺印刷在透明柔性材料层的一侧表面。

进一步地，所述金属图案功能层的金属图案单元的等间隔排布周期T，周期T满足公式：

c为真空中光速，f₀为中心频率；

Er为介质基板材料介电常数；h为介质基板材料厚度；ξ为修正因子；

根据不同材料厚度等实际情况调整，-0.1λ₀≤ξ≤0.1λ₀，所有参数单位为mm。

进一步地，所述的金属图案功能层由周期性等间隔排布的金属图案单元组成；金属图案单元为方形结构，是中心对称的符合余弦函数曲线的金属条与一系列长度符合特定函数分布的与金属条相交的金属枝节以单元中心90°旋转对称而成的图案。

进一步地，所述金属图案单元中建立以单元中心为轴心的两个坐标轴与方形两个直角边相平行的xy坐标系；在坐标系上作函数：

(其中/>)；

与函数：

(其中/>)；

金属图案单元中的金属条与函数f₁(x)(其中0＜x≤l,l为金属条在x轴方向最大值，与采样间隔和采样点相关)相重合；金属图案单元中的金属枝节为在x轴上以做一系列等间隔的与坐标系x轴相垂直的与函数f₁(x)和函数f₂(x)相交的一系列线段；金属条与金属枝节保持长度不变，通过展宽宽度与90°旋转对称，即可形成所需金属图案单元；金属条与金属枝节线宽等宽，线宽满足0.02T≤W≤0.04T。

进一步地，一系列金属枝节按等间隔采样而成，采样间隔d满足0.03T≤d≤0.08T，采样数为n(其中n取最大值)，金属条满足公式：

(其中0≤x≤nd,0.04T≤A₁≤0.12T)。

优选的，所述介质基板层为单层或多层结构，其每一层的厚度、层与层之间的间隔为实际场景尺寸，本发明根据介质基板层具体尺寸调整金属图案功能层单元结构尺寸。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明可应用于建筑外墙、玻璃窗、塑料、木板等采用介质基材结构部位，通过在结构表面粘贴金属图案功能层的方式，从而在特定频段特定电磁波来波方向内，大幅减小电磁波在介质基材的透射幅度，该发明可以用于改善采用介质基材的建筑同频干扰问题。

2、本发明适用范围广，实际场景应用的单层或多层介质基板，本发明根据介质基板层具体尺寸灵活金属图案功能层的尺寸，以实现最佳的性能。

3、本发明采用印制电路板的蚀刻工艺，可保证整体结构强度；采用导电玻璃ITO工艺，可保证玻璃的高透光性；采用Cu Mesh工艺将金属图案功能层先印刷于透明柔性材料层后粘贴至介质基板的工艺，可实现介质基板表面的高可见性，和透明材料介质基板(例如玻璃、亚克力材料等)的高透光性。

4、本发明安装方式为后装工艺，即在不更换原有介质基板的条件下完成，将设计好的金属图案功能层通过粘接工艺粘贴至介质基板表面，该方式大幅提高了应用的灵活度，使得该结构的广泛应用和普及成可能。

5、本发明的金属图案功能层采用印刷于柔性材料并粘接于介质基板上的方式，极大地方便了共形的需求，应用更加广泛。

附图说明

图1为本发明实施例的阵列整体方案图；

图2为本发明实施例的单元方案图；

图3为本发明实施例中的金属图案层平面图；

图4为本发明实施例中金属图案单元构造过程图；

图5为本发明实施例中实际测试场景的俯视示意图；

图6为本发明实施前的电磁屏蔽结构的电磁波透射性能曲线图；

图7为本发明实施后的电磁屏蔽结构的电磁波透射性能曲线图；

图8为本发明中发明实施后的电磁屏蔽结构的电磁波透射性能曲线图。

附图标记：1、介质基板层；2、基础介质层；3、空气介质层；4、金属图案功能层；5、OCA胶层；6、金属图案层；7、透明柔性材料层。

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。

本实施例中，设计要求的中心频点为2.595GHz，设计频段为2.515GHz-2.675GHz，电磁波入射角为0°-60°，请参阅图1-3，一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，包括：

介质基板层1，所述介质基板层1包括两层基础介质层2和两层基础介质层2之间的空气介质层3；

金属图案功能层4，所述金属图案功能层4包括透明柔性材料层7、金属图案层6和OCA胶层5，所述金属图案层6印刷在透明柔性材料层7的一侧表面，所述透明柔性材料层7通过OCA胶层5粘合到介质基板层1外侧表面，金属图案功能层4可以印刷于透明柔性材料层7的任一侧面，本实施例中，如图1和图2所示，透明柔性材料层7可以起到保护的作用，延长该结构的使用寿命，所述介质基板层1为单层或多层结构，其每一层的厚度、层与层之间的间隔为实际场景尺寸，本发明根据介质基板层1具体尺寸调整金属图案功能层4单元结构尺寸，根据需求基质基板层1的厚度进行。

本实施例中，如图1-2所示，所述的介质基板层1为电磁波透波材料，如PCB基板、玻璃、亚克力材料、塑料、木板等常规的可透电磁波的工业材料，本实施例中，介质基板层1为双层钢化玻璃，介质基板层1为双层结构，包括两层钢化玻璃层和两层钢化玻璃层之间的空气介质层3，其中基础介质层2为钢化玻璃层；采用Cu Mesh工艺，将金属图案功能层4先印刷于透明柔性材料层7然后通过OCA胶粘接工艺将金属图案功能层4粘接于介质基板层1表面，介质基板层1为常规钢化玻璃材料，两个钢化玻璃层厚度均为8mm；两个钢化玻璃层之间的空气介质层3厚度为13mm。

如图1-2所示，本实施例中，所述透明柔性材料层7的材料为PET材料。

如图1-2所示，本实施例中，所述金属图案层6通过Cu Mesh工艺印刷在透明柔性材料层7的一侧表面。

如图3所示，本实施例中，所述金属图案功能层4的金属图案单元的等间隔排布周期记为T，周期T满足公式：

c为真空中光速，f₀为中心频率；

Er为介质基板材料介电常数；h为介质基板材料厚度；ξ为修正因子；根据不同材料厚度等实际情况调整；-0.1λ₀≤ξ≤0.1λ₀；所有参数单位为mm，金属图案单元周期T依据公式并通过小范围调整，周期T＝0.35λ₀。

如图3所示，本实施例中，所述的金属图案功能层4由周期性等间隔排布的金属图案单元组成；金属图案单元为方形结构，是中心对称的符合余弦函数曲线的金属条与一系列长度符合特定函数分布的与金属条相交的金属枝节以单元中心90°旋转对称而成的图案。

金属图案单元构造过程如图4所示，本实施例中，如图4-①所示，(a)表示建立以单元中心为轴心的两个坐标轴与方形两个直角边相平行的xy坐标系；如图4-②所示，在xy坐标系上如图4-②-(a)作特定函数：

(其中/>)；

如图4-②-(b)作特定函数：

(其中/>)；

其上A₁和A₂表示的为常数；

如图4-③所示，在x轴上以做一系列等间隔的与坐标系x轴相垂直的与函数f₁(x)和函数f₂(x)相交的线段；采样间隔为0.03T≤d≤0.08T；

如图4-④所示，如图4-④-(a)所示,金属条与一系列与函数f₁(x)和函数f₂(x)相交的线段保持长度不变，通过展宽宽度即可形成金属图案单元的基础；

函数f₂(x)如图4-④-(b)所示，如图4-⑤所示，金属条与一系列金属枝节(a)以十单元原点为轴心，旋转90°形成旋转对称的一系列金属枝节(a)，从而形成完整的金属图案；

因为介质基板层1的两个钢化玻璃层厚度一样，所以两个金属图案功能层4尺寸相同，两个金属图案功能层4为同心结构；

本实施例中线宽W＝1mm，采样间隔d＝0.04T，采样数n＝12，金属条满足函数：

(其中0≤x≤nd,0.04T≤A₁≤0.12T)；

本实施例中，经过仿真优化，确定函数分别为：

和/>

其中金属条满足函数：

(其中0≤x≤0.48T)；

本实施例中，实施前的介质基板层1的电磁波透射性能曲线图如图6所示，实施后的介质基板层1的电磁波透射性能曲线图如图7所示；

为了直观的体现电磁屏蔽结构相比于介质基板层1对电磁波透射幅度的变化，将透射性能定义为：透射性能(dB)＝特定入射角下电磁屏蔽结构的电磁波透射幅度(dB)-特定入射角下介质基板层1的电磁波透射幅度(dB)；

如图8所示，图中曲线为处理之后的电磁屏蔽结构前后的电磁波透射性能，2.515GHz-2.675GHz的频率范围内，在0°-60°电磁波入射角度内，电磁屏蔽结构相较于介质基板层1的电磁波透射幅度大幅度减小，电磁波透射幅度减少20dB以上，尤其是在中心频点2.595GHz附近，电磁屏蔽结构相较于介质基板层1的电磁波透射幅度减少30dB以上，电磁波衰减更为明显，所述电磁屏蔽结构在设计的频段内有良好的电磁波屏蔽效果。

本实施例，如图5所示，进行实际场景测试，所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，利用介质基材上附着周期排列的金属图案可以调控介质基材的等效介电常数和等效磁导率，对入射的电磁波产生特定的响应，从而有效减少特定频段特定电磁波来波方向电磁波透射性能，从而实现介质基材电磁屏蔽的功能。

以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于，包括：

介质基板层，所述介质基板层包括两层基础介质层和两层基础介质层之间的空气介质层；

金属图案功能层，所述金属图案功能层包括透明柔性材料层、金属图案层和OCA胶层，所述金属图案层印刷在透明柔性材料层的一侧表面，所述透明柔性材料层通过OCA胶层粘合到介质基板层外侧表面，所述金属图案功能层印刷于介质基板层的侧面。

2.根据权利要求1所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述的介质基板层为电磁波透波材料。

3.根据权利要求1所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述透明柔性材料为PET材料。

4.根据权利要求3所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述金属图案层通过Cu Mesh工艺印刷在透明柔性材料层的一侧表面。

5.根据权利要求4所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述金属图案功能层的金属图案单元的等间隔排布周期T，周期T满足公式：

c为真空中光速，f₀为中心频率；

Er为介质基板材料介电常数；h为介质基板材料厚度；ξ为修正因子；

根据不同材料厚度等实际情况调整，-0.1λ₀≤ξ≤0.1λ₀，所有参数单位为mm。

6.根据权利要求5所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述的金属图案功能层为周期性等间隔排布的金属图案单元组成；金属图案单元为方形结构，是中心对称的符合余弦函数曲线的金属条与一系列长度符合特定函数分布的与金属条相交的金属枝节以单元中心90°旋转对称而成的图案。

7.根据权利要求6所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述金属图案单元中建立以单元中心为轴心的两个坐标轴与方形两个直角边相平行的xy坐标系，在坐标系上作函数：

与函数：

金属图案单元中的金属条与函数f₁(x)(其中0＜x≤l,l为金属条在x轴方向最大值，与采样间隔和采样点相关)相重合；金属图案单元中的金属枝节为在x轴上以做一系列等间隔的与坐标系x轴相垂直的与函数f₁(x)和函数f₂(x)相交的一系列线段；金属条与金属枝节保持长度不变，通过展宽宽度与90°旋转对称，即可形成所需金属图案单元，金属条与金属枝节线宽等宽，线宽满足0.02T≤W≤0.04T。

8.根据权利要求1所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：一系列金属枝节按等间隔采样而成，采样间隔d满足0.03T≤d≤0.08T，采样数为n(其中取最大值)，金属条满足公式：

(其中0≤x≤nd,0.04T≤A₁≤0.12T)。

9.根据权利要求1所述的一种基于特定函数的电磁屏蔽结构，其特征在于：所述介质基板层为单层或多层结构，其每一层的厚度、层与层之间的间隔为实际场景尺寸。