CN216980883U - 一种多层人工结构吸波结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多层人工结构吸波结构，包括：金属背板，设置在金属背板上的若干阵列排布的吸波单元；所吸波单元包括：六层介质层，五层环形电阻图案，相邻的两层介质层之间夹着一层环形电阻图案，五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板上的点分布在直径为5mm的圆内。本实用新型的多层人工结构吸波结构在较宽的频率范围内均具有好的吸波效果，满足人们对宽频吸波材料的需求。而且采用丝印的方式将环形电阻图案印刷到介质层上，然后粘结成多层人工结构吸波结构，操作十分简单，有利于工业化生产。

Description

一种多层人工结构吸波结构

技术领域

本实用新型涉及超材料技术领域，尤其涉及一种多层人工结构吸波结构。

背景技术

随着现代科技的发展，已有很多电子设备渗透到现实生活中的各个领域，这些电子设备辐射电磁波到环境中，造成严重的污染。而目前各种智能家居、手机、手环、蓝牙耳机、汽车电子，自动驾驶雷达等等产品的研发与生产测试，也都需要在特定干净的电磁环境下进行。因此，电磁波吸收材料在信息传播、电子器件、微波辐射防护等民用方面的作用越来越重要。随着电子设备工作频带的增加，人们对宽频吸波材料的需求也越来越迫切。

提升吸波材料吸波性能通常有三条主要技术，一是实现吸波材料和入射端材料良好的阻抗匹配特性，使电磁能量尽可能进入材料内部，减少界面反射；二是增强材料内部对电磁波的损耗能力，使进入材料内部的电磁能量被快速消耗；三是增强材料对电磁波的散射效应，以增加电磁波与材料的作用次数以及减少沿来波方向反射回去的电磁波比重。

传统的吸波材料如铁基材料，炭基材料等，这些吸波材料虽然能够在一定的厚度下实现宽带吸收，但是其吸收强度和吸收宽度往往难以满足要求。而目前常用的轻质宽频吸波体如：Jaumann吸波体，非均匀吸波体，几何渐变吸波体，蜂窝结构等，这些吸波体有一个共同的缺点，即它们的工作频带受限于厚度。因此，这些吸波体的厚度通常特别厚，而且低频段吸波效果不佳。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种多层人工结构吸波结构，满足人们对宽频吸波材料的需求。

本实用新型的技术方案如下：提供一种多层人工结构吸波结构，包括：金属背板，设置在金属背板上的若干阵列排布的吸波单元；所述吸波单元包括：六层介质层，五层环形电阻图案，相邻的两层介质层之间夹着一层环形电阻图案；介质层的介电常数为ε，且1≤ε≤3，厚度为d，且1mm ≤d≤10mm；所述环形电阻图案的方阻为Rs，且40Ω/□≤Rs≤1200Ω/□，外环边长为L，环宽为w，且10mm≤L≤20mm，3mm≤w≤5mm；环形电阻图案的周期为a，也即相邻的两个吸波单元的环形电阻图案的中心之间的距离为a，且10.1mm≤a≤20.1mm；五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板上的点分布在直径为5mm的圆内。本实用新型通过设计环形电阻图案的结构尺寸及电阻值，粘合堆叠形成多层结构，达到良好的阻抗匹配效果，增加了对电磁波的损耗，从而达到了超宽频内的高强吸收。

五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板的同一个点上。

五层所述环形电阻图案为方环、圆环、正多边形环、开口环、不规则环形中的一种或至少两种的组合。

五层所述环形电阻图案的材料为包含石墨烯、氧化铟锡、聚合物导电材料、石墨、乙炔炭黑、碳纳米管的一种或至少两种的电阻浆料制成。

六层所述介质层的采用发泡聚丙烯板、发泡聚苯乙烯板、发泡聚氯乙烯板、瓦楞纸板、蜂窝材料板中的一种或至少两种的组合。

所述金属背板的材质为金或其合金、银或其合金、铜或其合金、铁或其合金、铝或其合金中的任意一种。

在一个方案中，在3.6～35.2GHz频段内反射系数小于-10dB，在 4.6～16.3GHz频段内达到反射系数小于-20dB。

在另一个方案中，在4.2～28.1GHz频段内达到反射系数小于-10dB，并且在5～15GHz频段内达到反射系数小于-15dB。

前述多层人工结构吸波结构采用以下方法制备包括以下步骤。

S1：在介质层表层丝印电阻浆料，在介质层表面形成周期阵列的环形电阻图案，介质层与印刷其上的周期阵列环形电阻图案形成一层吸波结构；

S2：将5层吸波结构粘合堆叠形成多层组合结构；

S3：在多层组合结构的最顶层粘接一层未印刷周期阵列环形电阻图案的介质层用于保护最表层的环形电阻图案，获得吸波体，最后将吸波体设置于金属背板上，得到多层人工结构吸波结构。

在步骤S2中，使用环氧树脂胶或双面胶将5层吸波结构粘接堆叠形成多层组合。

采用上述方案，本实用新型提供一种多层人工结构吸波结构，多层人工结构吸波结构在较宽的频率范围内均具有好的吸波效果，满足人们对宽频吸波材料的需求。而且采用丝印的方式将环形电阻图案印刷到介质层上，然后粘结成多层人工结构吸波结构，操作十分简单，有利于工业化生产。

附图说明

图1为多层人工结构吸波结构的结构示意图；

图2为介质层和环形电阻图案层的结构示意图；

图3为实施例1的吸波性能图；

图4为实施例2的吸波性能图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

实施例1

请参阅图1-图2，本实用新型提供一种多层人工结构吸波结构，包括：金属背板10，设置在金属背板10上的若干阵列排布的吸波单元；所述吸波单元包括：六层介质层20，五层环形电阻图案30，相邻的两层介质层20 之间夹着一层环形电阻图案30。介质层20采用1.5mm厚瓦楞纸板，其介电常数ε＝1.1。具体制备方法如下，

S1：在介质层20表层丝印电阻浆料，在介质层20表面形成周期阵列的环形电阻图案30，介质层20与印刷其上的周期阵列环形电阻图案30形成一层吸波结构；

S2：将5层吸波结构粘合堆叠形成多层组合结构；

S3：在多层组合结构的最顶层粘接一层未印刷周期阵列环形电阻图案 30的介质层20用于保护最表层的环形电阻图案，获得吸波体，最后将吸波体设置于金属背板10上，得到多层人工结构吸波结构。多层人工结构吸波结构的总厚度仅为9mm+金属背板10的厚度，每层周期阵列环形电阻图案 30的具体尺寸参数分别如下(单位：mm)：

a1＝16，L1＝14.5，w1＝4，d1＝1.5，Rs1＝43Ω/□；

a2＝16，L 2＝14.5，w2＝4，d2＝1.5，Rs2＝257Ω/□；

a3＝16，L 3＝11，w3＝4，d3＝1.5，Rs3＝1063Ω/□；

a4＝16，L 4＝12，w4＝4，d4＝1.5，Rs4＝886Ω/□；

a5＝16，L 5＝11，w5＝4，d5＝1.5，Rs5＝1278Ω/□；

d6＝1.5。

其中，a1为自金属底板起，第一层周期阵列环形电阻图案30中的周期， L1为单个环形电阻图案30的外环的边长，w1为环宽，d1为承印的瓦楞纸板的厚度，Rs1为电阻图案的方阻；

同理，a2、L2、w2、d2、Rs2分别为第二层吸波结构层中的参数；

a3、L3、w3、d3、Rs3分别为第三层吸波结构层中的参数；

a4、L4、w4、d4、Rs4分别为第四层吸波结构层中的参数；

a5、L5、w5、d5、Rs5分别为第五层吸波结构层中的参数。

五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板10的同一个点上。

五层所述环形电阻图案30为方环。五层所述环形电阻图案30的材料为含有石墨烯的电阻浆料制成。所述金属背板10的材质为铝合金。

请参阅图3，图3为实施例一在弓形场测试环境下垂直入射及30°入射的反射率曲线测试结果，从图中可以看出，垂直入射时，在3.6～35.2GHz 频段内达到反射系数小于-10dB的超宽带的吸波效果，并且在4.6～16.3GHz 频段内达到反射系数小于-20dB的高强度的吸收；30°入射时，3.9～40GHz 频段内达到反射系数小于-10dB的超宽带的吸波效果，并且在5.2～17.5GHz 频段内达到反射系数小于-20dB的高强度的吸收；因此可以充分满足应用的需求。

实施例2

请参阅图1和图2，本实用新型本提供一种多层人工结构吸波结构，包括：金属背板10，设置在金属背板10上的若干阵列排布的吸波单元；所述吸波单元包括：六层介质层20，五层环形电阻图案30，相邻的两层介质层20之间夹着一层环形电阻图案30。介质层20采用1.5mm厚发泡聚氯乙烯板，其介电常数ε＝3.2。具体制备方法如下，

S1：在介质层20表层丝印电阻浆料，在介质层20表面形成周期阵列的环形电阻图案30，介质层20与印刷其上的周期阵列环形电阻图案30形成一层吸波结构；

S2：将5层吸波结构粘合堆叠形成多层组合结构；

S3：在多层组合结构的最顶层粘接一层未印刷周期阵列环形电阻图案 30的介质层20用于保护最表层的环形电阻图案，获得吸波体，最后将吸波体设置于金属背板10上，得到多层人工结构吸波结构。多层人工结构吸波结构的总厚度仅为6层介质层+金属背板10的厚度，每层周期阵列环形电阻图案30的具体尺寸参数分别如下(单位：mm)：

a1＝16，L1＝14.5，w1＝4，d1＝2，Rs1＝159Ω/□；

a2＝16，L2＝14.5，w2＝4，d2＝1，Rs2＝328Ω/□；

a3＝16，L3＝11，w3＝4，d3＝2，Rs3＝1185Ω/□；

a4＝16，L4＝12，w4＝4，d4＝1，Rs4＝763Ω/□；

a5＝16，L5＝11，w5＝4，d5＝2，Rs5＝1025Ω/□；

d6＝1。

其中，a1为自金属底板起，第一层周期阵列环形电阻图案30中的周期， l1为单个环形电阻图案30的外环的边长，w1为环宽，d1为承印的发泡聚氯乙烯板的厚度，Rs1为电阻图案的方阻；

同理，a2、12、w2、d2、Rs2分别为第二层吸波结构层中的参数；

a3、13、w3、d3、Rs3分别为第三层吸波结构层中的参数；

a4、14、w4、d4、Rs4分别为第四层吸波结构层中的参数；

a5、15、w5、d5、Rs5分别为第五层吸波结构层中的参数。

五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板10的同一个点上。

五层所述环形电阻图案30为方环。五层所述环形电阻图案30的材料为含有碳纳米管的电阻浆料制成。所述金属背板10的材质为不锈钢。

请参阅图4，图4为实施例二在弓形场环境下测试结果如下：垂直入射时，在4.2～28.1GHz频段内达到反射系数小于-10dB的超宽带的吸波效果，并且在5～15GHz频段内达到反射系数小于-15dB的高强度的吸收；30°入射时，4.4～36GHz频段内达到反射系数小于-10dB的超宽带的吸波效果。

综上所述，本实用新型提供一种多层人工结构吸波结构，多层人工结构吸波结构在较宽的频率范围内均具有好的吸波效果，满足人们对宽频吸波材料的需求。而且采用丝印的方式将环形电阻图案印刷到介质层上，然后粘结成多层人工结构吸波结构，操作十分简单，有利于工业化生产。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，包括：金属背板，设置在金属背板上的若干阵列排布的吸波单元；所述吸波单元包括：六层介质层，五层环形电阻图案，相邻的两层介质层之间夹着一层环形电阻图案；介质层的介电常数为ε，且1≤ε≤3，厚度为d，且1mm≤d≤10mm；所述环形电阻图案的方阻为Rs，且40Ω/□≤Rs≤1200Ω/□，外环边长为L，环宽为w，且10mm≤L≤20mm，3mm≤w≤5mm；环形电阻图案的周期为a，即相邻的两个吸波单元的环形电阻图案的中心之间的距离为a，且10.1mm≤a≤20.1mm；五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板上的点分布在直径为5mm的圆内。

2.根据权利要求1所述的一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，五层所述环形电阻图案的中心投影在金属背板的同一个点上。

3.根据权利要求1所述的一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，五层所述环形电阻图案为方环、圆环、正多边形环、开口环、不规则环形中的一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，六层所述介质层的采用发泡聚丙烯板、发泡聚苯乙烯板、发泡聚氯乙烯板、瓦楞纸板、蜂窝材料板中的一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，在3.6～35.2GHz频段内反射系数小于-10dB，在4.6～16.3GHz频段内达到反射系数小于-20dB。

6.根据权利要求1所述的一种多层人工结构吸波结构，其特征在于，在4.2～28.1GHz频段内达到反射系数小于-10dB，并且在5～15GHz频段内达到反射系数小于-15dB。

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