CN205051002U - 超材料吸波结构、防护罩及电子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统。该超材料吸波结构包括：基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，每层导电几何结构层包括间隔设置的多条导电线；其中，每条导电线包括：多个连接导线段，多个连接导线段沿直线方向间隔排布；多个开口围绕部，多个开口围绕部排列成行并位于多个连接导线段所在的直线的同一侧，每个连接导线段位于相邻的两个开口围绕部之间且该连接导线段的两端分别与该相邻的两个开口围绕部的一个开口端部连接，相邻两条导电线之间相对于预定轴线对称设置。该超材料吸波结构可以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波和TM波而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

Description

超材料吸波结构、防护罩及电子系统

技术领域

本实用新型涉及滤波领域，具体而言，涉及一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统。

背景技术

一般情况下，高精尖的电子设备都会设置有过滤电磁波的防护罩。该防护罩的目的是为了使电子系统工作性能比较稳定、可靠，同时也能够减轻电子设备的磨损和老化，延长使用寿命。但是防护罩是电子设备前面的障碍物，对电子设备的辐射波或入射电子设备的电磁波会产生吸收和反射，改变电子设备的自由空间能量分布，并在一定程度上影响电子设备的性能。

使用纯材料防护罩在一定的范围内会影响电子设备的性能。其中，用于制作天线罩的纯材料为普通的物理材料，在制作纯材料防护罩时，利用半波长或四分之一波长理论，并根据不同的电磁波频率，改变纯材料的厚度，用以减小对电磁波的透波响应或吸收响应。在设计制作纯材料防护罩的时候，当电磁波的波长过长时，利用半波长或四分之一波长理论，纯材料防护罩会显得比较厚，进而使得整个防护罩的重量过大。另一方面，纯材料的透波性能比较均一，在电子设备工作时，均一透波的电磁波容易影响电子设备的正常工作。

针对现有技术中对电子设备发出的TE波(纵向波)和TM波(横向波)均有效吸收作用，无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据工作需要进行吸收电磁波的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统，以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料吸波结构，包括：基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，每层导电几何结构层包括间隔设置的多条导电线；其中，每条导电线包括：多个连接导线段，多个连接导线段沿直线方向间隔排布；多个开口围绕部，多个开口围绕部排列成行并位于多个连接导线段所在的直线的同一侧，每个连接导线段位于相邻的两个开口围绕部之间且该连接导线段的两端分别与该相邻的两个开口围绕部的一个开口端部连接，相邻两条导电线之间相对于预定轴线对称设置。

进一步地，每个开口围绕部由部分导电线围成的T字形开口区域而形成。

进一步地，每个开口围绕部由部分导电线围成的干字形开口区域而形成。

进一步地，至少一层导电几何结构层包括结构相同的两层，该两层导电几何结构层沿叠置方向间隔设置，在叠置方向上，其中一层导电几何结构层的各开口围绕部所围绕的区域的投影与另一层导电几何结构层的对应的开口围绕部所围绕的区域的投影至少部分重合。

进一步地，其中一层导电几何结构层的各开口围绕部所围绕的区域的投影与另一层导电几何结构层的对应的开口围绕部所围绕的区域的投影相重合。

进一步地，同一个开口围绕部中的围成干字形开口区域的两个横向区域的相邻横向导电线段之间的距离为L1，0.4mm＜L1＜1.0mm。

进一步地，各段横向导电线段的长度相等。

进一步地，围成干字形开口区域的竖向区域的相邻的纵向导电线段之间的距离为L2，0.5mm＜L2＜1.5mm。

进一步地，同一条导电线形成的相邻两个开口围绕部之间的相邻干字形横向端部之间的距离为L3，0.5mm＜L3＜1.5mm。

进一步地，相邻两条导电线的相对的两段连接导线段之间的距离为0.4mm＜L4＜1.0mm。

进一步地，相邻且开口围绕部的开口相对的两条导电线为一组，在相邻两组的开口围绕部的开口相背的两条导电线之间，相邻的开口围绕部的干字形顶部之间的距离为2.0mm＜L5＜3.0mm。

进一步地，基板包括第一基板、第二基板和第三基板，其中一层导电几何结构层设置在第一基板与第二基板之间，另一层导电几何结构层设置在第二基板与第三基板之间。

进一步地，第一基板的厚度为h1，第二基板的厚度为h2，第三基板的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

进一步地，第一基板与其中一层导电几何结构层之间相粘接，以及其中一层导电几何结构层与第二基板之间相粘接，和/或第二基板与另一层导电几何结构层之间相粘接，以及另一层导电几何结构层与第三基板之间相粘接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，包括吸波结构，该吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种电子系统，包括防护罩，该防护罩为前述的防护罩。

应用本实用新型的技术方案，该超材料吸波结构包括基板和至少一层导电几何结构层，每层导电几何结构层包括多条导电线，其中，每条导电线包括沿直线胚布的多个连接导线段以及多个开口围绕部，每个连接导线段的两端分别与相邻的两个开口围绕部的一个开口端连接，并且相邻两条电线之间相对于预定轴线对称设置。上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射通过导电几何结构层的时候产生更好的共振效果，可以使电磁波入射本实用新型的超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，但是TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收，因而使工作频段的电磁波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的电磁波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的超材料吸波结构的实施例的局部结构示意图；

图2示出了图1的部分结构的主视结构示意图；

图3示出了图1的剖视结构示意图；

图4示出了根据本实施例的超材料吸波结构的TE波和TM波对比的CST仿真结果曲线图；

图5示出了图4的以第一波段为中心的TE波和TM波对比的CST仿真结果曲线图；

图6示出了图4的以第二波段为中心的TE波和TM波对比的CST仿真结果曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基板；11、第一基板；

12、第二基板；13、第三基板；

20、导电线；21、连接导线段；

22、开口围绕部；211、横向导电线段；

212、纵向导电线段。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

说明：图1和图2中的空白方框所示为基板10。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种超材料吸波结构。该超材料吸波结构包括基板10和至少一层导电几何结构层，在本实施例中，导电几何结构层设置在基板10上，每层导电几何结构层包括间隔设置的多条导电线20，在本实施例中，每条导电线包括多个连接导线段21和多个开口围绕部22，多个连接导线段21沿直线方向间隔地排布(即相邻的两个连接导线段21在该直线方向上是分段设置的)，多个开口围绕部22排列成行并位于多个连接导线段21所在的直线的同一侧，每个连接导线段位于两个开口围绕部22之间且该连接导线段21的两端分别与该相邻的两个开口围绕部22的一个开口端连接，相邻两条导电线20之间相对于预定轴线对称设置。

上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射通过导电几何结构层的时候产生更好的共振效果，可以使电磁波入射本实用新型的超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，由于TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收，因而使工作频段的TE波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的TM波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

在本实施例的超材料吸波结构中，每个开口围绕部22由导电线20围成的干字形开口区域形成。此外，排列成行的相邻的两个开口围绕部22之间的外部区域也形成了一个与导电线20围成的干字形开口区域的开口方向相反的干字形开口区域。这样，TE波入射到该超材料吸波结构中，在导电线20形成的各个干字形开口区域(包括导电线20围绕形成的干字形开口区域以及相邻两个开口围绕部22与相应的连接导线段21之间形成干字形开口区域)之间形成共振而提高了透波能量，因而TE波能够高效地透波；而TM波入射到该超材料吸波结构中，预定波段范围的TM波在各个干字形开口区域中的反射能量降低，使得预定波段范围的TM波被该超材料吸波结构所吸收而无法透波。

在另一未图示的实施例的实施例中，每个开口围绕部22由导电线20围成的T形开口区域形成。在该实施例的超材料吸波结构中，其对入射的电磁波也能够实现TE波透波而预定波段范围的TM波被该超材料吸波结构吸收的工作效果。

实际上，本实用新型的超材料吸波结构中的开口围绕部22可以是任何其他的与本实施例的干字形状相似的并且由导电线20围绕形成的形状区域。

本实施例的导电几何结构层可以使用任意导电材料制造加工，可以是金属材料，例如金、银、铜或几种金属的混合物，优选采用铜，所使用的金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物；也可以是非金属材料，如导电油墨。

如图1和图3所示，本实施例的超材料吸波结构由两层导电几何结构层构成，两层导电几何结构层的厚度范围为0.015mm至0.025mm，优选地两层导电几何结构成的厚度均为0.02mm，并且两层导电几何结构层是结构相同的两层(其形状和大小尺寸均相同)。两层导电几何结构层沿垂直于导电几何结构层的方向间隔设置，其中一层导电几何结构层的各开口围绕部22所围绕的区域的投影与另一层导电几何结构层的对应位置的开口围绕部22所围绕的区域的投影至少部分重合。这样的设置，能够使入射并依次经过两层导电几何结构层的TE波形成共振，因而提高TE波的透波能量，并增强TE波的反射能量，使得TE波能够高效地通过该超材料吸波结构而实现透波。而对于TM波，两层叠置的导电几何结构层之间将预定波段范围的TM波的反射能量降低，并同时降低TM波的透波能量，使得该预定范围内的TM波在两层导电几何结构层之间被吸收而无法透波。进一步地，为了能够更好地实现TE波透波以及将预定波段范围的TM波吸收的功能，因此，该超材料吸波结构的其中一层导电几何结构层的各开口围绕部22所围绕的区域的投影与另一层导电几何结构层的对应的开口围绕部22所围绕的区域的投影相重合(即完全重合)。应用该超材料吸波结构，能够避免外界的电磁波检测装置捕捉到预定波段范围(即第一波段范围与第二波段范围)的TM波，从而侦测到该电子系统的位置所在。

如图2所示，该超材料吸波结构的开口围绕部22包括围成干字形开口区域的横向区域(这里的横向区域是指干字形的两横)的沿横向延伸的横向导电线段211，开口围绕部22中的相邻的横向导电线段211之间的距离为L1，0.4mm≤L1≤1.0mm，优选地，本实施例中L1＝0.5mm。并且，本实施例的超材料吸波结构中的各段横向导电线段211的长度相等。

在本实施例中，该超材料吸波结构的开口围绕部22包括围成干字形开口区域的竖向区域(这里的竖向区域是指干字形的一竖)的沿纵向延伸的纵向导电线段212，开口围绕部22中的相对设置的两段纵向导电线段212之间的距离为L2，0.5mm≤L2≤1.5mm，优选地，本实施例中L2＝1.0mm。

具体地，在同一层导电几何结构层的同一条导电线20上，相邻两个开口围绕部22之间的干字形开口区域的横向区域的相邻的端部(即相邻两个干字的相应两横的端部之间)之间的距离为L3，0.5mm≤L3≤1.5mm，优选的，本实施例中L3＝1.0mm。

该超材料吸波结构的同一导电几何结构层中，相邻的且开口围绕部22的扣扣相对设置的两条导电线20为一组，在相邻两组的开口围绕部22的开口相背的两条导电线20之间，相对的两个连接导线段21之间的距离为L4，0.4mm≤L4≤1.0mm，优选地，本实施例中L4＝0.5mm。开口围绕部22的开口相背设置的相邻的两个开口围绕部22之间(即相邻两个干字形区域顶部之间)的距离为L5，2.0mm≤L5≤3.0mm，优选地，本实施例中L5＝2.5mm。

如图3所示，该超材料吸波结构包括第一基板11、第二基板12和第三基板13，其中一层导电几何结构层设置在第一基板11与第二基板12之间，另一层导电几何结构层设置在第二基板12与第三基板13之间。从而利用基板10将两层导电几何结构层间隔开合适的距离以达到优化对TE波透波效果以及优化对TM波的吸收效果。在本实施例中，第一基板11的厚度为h1，第二基板12的厚度为h2，第三基板13的厚度为h3，h1＜h2＝h3。在本实施例中，第一基板11的厚度优选为h1＝0.4mm，第二基板12和第三基板13的厚度优选为h2＝h3＝6.8mm。

在本实施例中，第一基板11、第二基板12以及第三基板13均利用FR4基板制造，其中，FR4基板的介电常数ε＝3.0。

为了提高制造加工该超材料吸波结构的工作效率，因而，第一基板11与其中一层导电几何结构层之间相粘接，以及其中一层导电几何结构层与第二基板12之间相粘接，和/或第二基板12与另一层导电几何结构层之间相粘接，以及另一层导电几何结构层与第三基板13之间相粘接。当然，各导电几何结构层还可以电镀在相邻的其中一个基板10上(即该超材料吸波结构的其中一层导电几何结构层可以电镀在第一基板11上，也可以电镀在第二基板12上；另一层导电几何结构层可以电镀在第二基板12上，也可以电镀在第三基板13上)。

该超材料吸波结构装配完成后，其两层导电几何结构层在该超材料吸波结构中起到两层电阻层的作用，由于两层导电几何结构层对入射的电磁波的作用次序的先后，分别入射到两层导电几何结构层的电磁波的磁通率的不同，以及电磁波分别穿过的基板10的厚度不同，因此两层导电几何结构层形成的电阻层的电阻值就会不同，其中一层电阻层的电阻值是40Ω/Sq，另一层电阻层的电阻值是800Ω/Sq。本实施例的超材料吸波结构装配完成之后，其总厚度为14.04mm。

应用本实用新型的超材料吸波结构进行测试时，如图3所示，将该超材料吸波结构中的第三基板13放置在一层铜板之上进行测试，该层铜板的厚度为0.018mm，这样是为了测试该超材料吸波结构的吸收电磁波的性能。

如图4所示，其示出了应用该超材料吸波结构进行测试时的TE波与TM波对比的CST仿真效果曲线图，图中S11(TE)为TE波曲线，S′11(TM)为TM波曲线。从图4中可以知道，当TE波入射该超材料吸波结构时，该超材料吸波结构几乎不对TE波造成影响，TE波能够高效地透波，而当TM波入射该超材料吸波结构时，TM波在第一波段(即2.39GHz至9.30GHz)之间以及第二波段(即15.44GHz至21.60GHz)之间的波段范围内会被吸收而无法透波。当TE波入射时(TE波的入射角为零，即TE波从正面入射)，电磁波没有太大影响，被反射的电磁波能量在25.4GHz以下均高于-2.25dB，即图中S11(TE)曲线所示。

结合参见图4和图5所示，图5示出了以第一波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图。入射到该超材料吸波结构的第一波段范围的TM波的反射能量低于-10dB，图中S′11(TM)曲线所示(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)。

结合参见图4和图6所示，图6示出了以第二波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图。当TM波入射时(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)，电磁波会在第二波段的波段范围的电磁波会被吸收，该波段范围内的电磁波反射能量均低于-10dB，即图中S′11(TM)曲线所示。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，该防护罩包括吸波结构，该吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种电子系统，该电子系统包括防护罩，该防护罩为前述的防护罩。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种超材料吸波结构，其特征在于，包括：

基板(10)；

至少一层导电几何结构层，所述导电几何结构层设置在所述基板(10)上，每层所述导电几何结构层包括间隔设置的多条导电线(20)；其中，

每条所述导电线(20)包括：

多个连接导线段(21)，多个所述连接导线段(21)沿直线方向间隔排布；

多个开口围绕部(22)，所述多个开口围绕部(22)排列成行并位于所述多个连接导线段(21)所在的直线的同一侧，每个所述连接导线段(21)位于相邻的两个所述开口围绕部(22)之间且该连接导线段(21)的两端分别与该相邻的两个开口围绕部(22)的一个开口端部连接，相邻两条所述导电线(20)之间相对于预定轴线对称设置。

2.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，每个所述开口围绕部(22)由部分所述导电线(20)围成的T字形开口区域而形成。

3.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，每个所述开口围绕部(22)由部分所述导电线(20)围成的干字形开口区域而形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述至少一层导电几何结构层包括结构相同的两层，该两层导电几何结构层沿叠置方向间隔设置，在所述叠置方向上，其中一层所述导电几何结构层的各所述开口围绕部(22)所围绕的区域的投影与另一层所述导电几何结构层的对应的所述开口围绕部(22)所围绕的区域的投影至少部分重合。

5.根据权利要求4所述的超材料吸波结构，其特征在于，其中一层所述导电几何结构层的各所述开口围绕部(22)所围绕的区域的投影与另一层所述导电几何结构层的对应的所述开口围绕部(22)所围绕的区域的投影相重合。

6.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，同一个所述开口围绕部(22)中的围成所述干字形开口区域的两个横向区域的相邻横向导电线段(211)之间的距离为L1，0.4mm＜L1＜1.0mm。

7.根据权利要求6所述的超材料吸波结构，其特征在于，各段所述横向导电线段(211)的长度相等。

8.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，围成所述干字形开口区域的竖向区域的相邻的纵向导电线段(212)之间的距离为L2，0.5mm＜L2＜1.5mm。

9.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，同一条所述导电线(20)形成的相邻两个所述开口围绕部(22)之间的相邻干字形横向端部之间的距离为L3，0.5mm＜L3＜1.5mm。

10.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，相邻两条所述导电线(20)的相对的两段所述连接导线段(21)之间的距离为0.4mm＜L4＜1.0mm。

11.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，相邻且所述开口围绕部(22)的开口相对的两条所述导电线(20)为一组，在相邻两组的所述开口围绕部(22)的开口相背的两条所述导电线(20)之间，相邻的所述开口围绕部(22)的干字形顶部之间的距离为2.0mm＜L5＜3.0mm。

12.根据权利要求4所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述基板(10)包括第一基板(11)、第二基板(12)和第三基板(13)，其中一层所述导电几何结构层设置在所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间，另一层所述导电几何结构层设置在所述第二基板(12)与所述第三基板(13)之间。

13.根据权利要求12所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述第一基板(11)的厚度为h1，所述第二基板(12)的厚度为h2，所述第三基板(13)的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

14.根据权利要求12所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述第一基板(11)与其中一层所述导电几何结构层之间相粘接，以及其中一层所述导电几何结构层与所述第二基板(12)之间相粘接，和/或所述第二基板(12)与另一层所述导电几何结构层之间相粘接，以及另一层所述导电几何结构层与所述第三基板(13)之间相粘接。

15.一种防护罩，包括吸波结构，其特征在于，所述吸波结构为权利要求1至14中任一项所述的超材料吸波结构。

16.一种电子系统，包括防护罩，其特征在于，所述防护罩为权利要求15所述的防护罩。