CN208173802U - 一种基于集总电阻的s波段超材料吸波器 - Google Patents

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陈岱付
程用志
熊陨安
高超
程鹏
陈伟
杨泽勤
周金坤
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Abstract

本实用新型公开了一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器，该吸波器为周期性单元结构，一个单元的吸波器结构包括电谐振器、介质基板和金属背板，所述电谐振器刻蚀在所述介质基板表面，所述介质基板的另一面紧贴在所述金属背板上并与所述金属背板重合，所述电谐振器还包括四片弯曲的金属线条，每片所述金属线条包括第一弯折段和第二弯折段，所述金属线条四片构成关于中心对称的方形结构，所述金属线条首尾之间通过集总电阻连接。本实用新型具有结构简单轻便、吸收频带宽、吸收率高、对电磁波极化方式不敏感的优点。

Description

一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器
技术领域
本实用新型涉及超材料及电磁功能材料技术领域，具体涉及一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器。
背景技术
吸收器，又称吸波体、吸收体或吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类电磁功能器件或材料。电磁超材料是一种周期性亚波长人工复合结构/材料。近年来，将超材料应用于微波吸收材料的设计逐渐成为了研究热点。人们利用电磁超材料灵活性的设计和可控性提出了各种类型的超材料吸波器以实现电磁波的完美吸收。目前，现有的微波段超材料吸波器存在吸收频带相对较窄的缺点，不利于实际应用，尤其是电磁隐身或能量捕获方面。另外，微波段超材料吸波器大多数都应用于高频段，对低频段(L，S频段)少有涉及，特别是低频段的宽频吸收。S波段是指频率范围在2-4GHz的电磁波频段，在中继、卫星通信、雷达等日常生活中有着广泛的应用。当前提出的S波段超材料吸波器模型大多由具有单一的电谐振器或磁谐振器结构构成。设计的S波段超材料吸波器强吸收带宽通常较窄,在电磁波垂直入射条件下具有比较好的吸收效果，然而斜入射时性能却变得很糟糕，难以满足“轻、薄、宽、强”等高性能要求。申请号为 CN201310682198.1的中国专利文件公开了一种宽带极化不敏感的超材料吸波体，该吸波体能够实现微波吸收频带的展宽，但强吸收频带展宽的范围有限(吸收率大于90％的相对带宽很难达到100％)，另外制备过程比较复杂，不利于实际工程应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器，该吸波器具有结构简单轻便、吸收频带宽、吸收率高、对电磁波极化方式不敏感的优点。
为了实现以上目的，本实用新型提供的一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器，该吸波器为周期性单元结构，一个单元的吸波器结构包括电谐振器、介质基板和金属背板，所述电谐振器刻蚀在所述介质基板表面，所述介质基板的另一面紧贴在所述金属背板上并与所述金属背板重合，所述电谐振器还包括四片弯曲的金属线条，所述金属线条四片构成关于中心对称的方形结构，所述金属线条首尾之间通过集总电阻连接。
上述方案中，所述介质基板为介电常数实部为1至10的电介质。
上述方案中，所述介质基板为FR4介质基板。
上述方案中，所述金属背板为铜板、铝板或钢板。
上述方案中，所述介质基板与所述金属背板之间还设有泡沫层。
上述方案中，所述金属线条与所述金属背板均为厚度相同的铜膜。
本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：
1、将吸波器单元结构中的电谐振器设计成紧凑的弯曲方形结构，通过弯曲的金属回路增加了单元结构的等效电感，而环路之间的紧凑间距则进一步增大了耦合电容，降低了单元结构的谐振频率，减小了其工作频率的电尺寸，从而实现单元结构小型化。另外，设计的结构具有关于中心对称的特点，使其具有极化不敏感特性，对任意极化方向的入射波都可以产生谐振。
2、通过利用加载的集总电阻将大部分的电能损耗掉，从而达到宽频吸收效果。
附图说明
图1为本实施例的一个单元结构示意图；
图2为本实施例的九个单元的平面结构示意图；
图3为本实施例的仿真结果吸收率曲线图。
图中：谐振器1，金属线条1a，第一弯折段1a1，第二弯折段1a2，集总电阻1b，介质基板2，金属背板3，泡沫层4。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。
如图1所示的一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器单元结构，一个单元的吸波器结构包括电谐振器1、介质基板2和金属背板 3，所述电谐振器1刻蚀在所述介质基板2表面，所述介质基板2的另一面紧贴在所述金属背板3上并与所述金属背板3重合，所述电谐振器1还包括四片弯曲的金属线条1a，每片所述金属线条1a包括第一弯折段1a1和第二弯折段1a2，所述金属线条1a四片构成关于中心对称的方形结构，所述金属线条首尾之间通过集总电阻1b连接，所述介质基板2与所述金属背板3之间还设有泡沫层4。
上述介质基板为厚度为0.4mm的FR4介质基板，其介电常数为 4.3，电损耗角正切值为0.025。泡沫层的厚度为13mm,其其电导率为 5.8×107S/m。金属线条与上述金属背板均为厚度为0.035mm的铜膜。一个单元结构的边长为10mm,四片金属线条之间的间距为0.2mm，第一弯折段的间距为0.2mm，第二弯折段的间距为0.4mm。
仿真结果表明最终优化得到的吸波器在1.92GHz到5.79GHz的频率范围内吸收率达到90％以上，其对应的相对带宽达到101％，峰值吸收率达到了98％以上。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (6)

1.一种基于集总电阻的S波段超材料吸波器，该吸波器为周期性单元结构，一个单元的吸波器结构包括电谐振器(1)、介质基板(2)和金属背板(3)，所述电谐振器(1)刻蚀在所述介质基板(2)表面，所述介质基板(2)的另一面紧贴在所述金属背板(3)上并与所述金属背板(3)重合，其特征在于：所述电谐振器(1)还包括四片弯曲的金属线条(1a)，每片所述金属线条(1a)包括第一弯折段(1a1)和第二弯折段(1a2)，所述金属线条(1a)四片构成关于中心对称的方形结构，所述金属线条首尾之间通过集总电阻(1b)连接。
2.如权利要求1所述的基于集总电阻的S波段超材料吸波器，其特征在于：所述介质基板(2)为介电常数实部为1至10的电介质。
3.如权利要求2所述的基于集总电阻的S波段超材料吸波器，其特征在于：所述介质基板(2)为FR4介质基板。
4.如权利要求1所述的基于集总电阻的S波段超材料吸波器，其特征在于：所述金属背板(3)为铜板、铝板或钢板。
5.如权利要求1所述的基于集总电阻的S波段超材料吸波器，其特征在于：所述介质基板(2)与所述金属背板(3)之间还设有泡沫层(4)。
6.如权利要求1所述的基于集总电阻的S波段超材料吸波器，其特征在于：所述金属线条(1a)与所述金属背板(3)均为厚度相同的铜膜。
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