一种轻薄宽频吸波超材料的设计.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110416742A(43)申请公布日2019.11.05(21)申请号201910679558.X(22)申请日2019.07.26(71)申请人中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院地址100071北京市丰台区丰台东大街53号(72)发明人邹春荣沈同圣郭少军周晓松汪涛黎松(74)专利代理机构中国兵器工业集团公司专利中心11011代理人刘瑞东(51)Int.Cl.H01Q17/00(2006.01)H01Q15/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图7页(54)发明名称一种轻薄宽频吸波超材料的设计(57)摘要本发明提供一种轻薄宽频吸波超材料的设计，所述宽频吸波超材料结构包括底层铜金属板、中间FR4介质基板和表层具有周期构型的铜金属膜层，金属膜层的单胞结构由裁剪后的方形金属片和两个圆形金属片构成，可分别在X(8～12GHz)波段、Ku(12～18GHz)波段的响应波段内在垂直极化及水平极化下均实现全频段电磁波吸收率高于90％，并且对于X波段内高达40°的斜入射电磁波的吸收率均超过80％，具有宽入射角度高效吸收特性。本发明具有设计方法简单、吸波性能易于调节、厚度小且对极化和宽入射角不敏感等特点，实际应用可行性大，在X、Ku微波波段宽频隐身材料、吸波蒙皮及吸波器件等领域具有广泛的用途。CN110416742ACN110416742A权利要求书1/1页1.一种轻薄宽频吸波超材料的设计，其特征在于：(1)包括底层金属板、中间介质基板和表层具有周期构型的金属膜层，所述金属膜层由多个单胞结构周期性重复排列组成；(2)底层金属板与表层金属膜层材质为铜，厚度为0.035mm，中间介质板为FR4，介电常数为3.8～4.2，厚度为2.2～3.0mm；(3)单胞结构由裁剪后的方形金属片和两个圆形金属片构成，单胞结构呈现二维阵列分布，单胞周期大小为8.0～10.0mm；(4)方形金属片的长度L为8.0～8.3mm，方形金属片的对角分别采用不同半径的圆进行切割，其半径为2.0～3.5mm，圆心分别位于方形金属片的对角线上，所述单胞结构的两个圆形金属片对称分布于单胞结构的对角线位置，其半径为1.0～2.5mm。2CN110416742A说明书1/4页一种轻薄宽频吸波超材料的设计技术领域[0001]本发明属于电磁功能材料领域，具体涉及一种轻薄宽频吸波超材料结构及设计方法。背景技术[0002]雷达吸波材料可以有效吸收入射电磁波，降低目标回波强度，是武器、装备及特殊器件雷达波隐身的重要技术途径。雷达吸波材料要实现优异的吸波性能，必须同时满足两个条件：一是吸波材料的表面阻抗要与自由空间波阻抗相匹配，以确保电磁波能够进入材料内部；二是吸波材料要具有合适的损耗，从而有效耗散电磁能量。但这两个要求往往是相互矛盾的，损耗较大的材料阻抗较低，而阻抗高的材料往往损耗很小。[0003]传统的吸波结构大都基于Salisbury吸收屏、Jaumman吸收体和多层阻抗匹配吸波材料，存在的典型问题是厚度大、吸收频带窄等缺点。拓展吸收频带的主要方法是增加厚度或者提高吸收剂含量，但受材料电磁参数频散特性或谐振电厚度的影响，很难实现小厚度情况下的宽频吸波性能。[0004]超材料的出现和发展使人们能够从宏观尺寸层面控制材料的电磁性能，从而显著影响材料与电磁波的相互作用关系，其在电磁吸波技术中的应用是已成为一个热门的研究方向。超材料的电磁性能主要取决于其人工结构单元的形式和排布，通过结构参数的调整可以方便的调控材料等效电磁参数以及阻抗特性。与传统吸波材料相比，可以摆脱其宽频吸波性能对材料本征电磁参数频散特性的依赖性，并具有厚度薄、吸收频带宽等有点。[0005]超材料基于电磁谐振来实现对电磁波的单频或者多频吸收，但宽带的吸收仍存在一定的难度，通常需采用多层结构分别实现阻抗匹配和高效吸收，使得材料制备难度增加。因此，研究利用简单超材料结构实现宽频、高效吸收有着巨大的实际应用价值。发明内容[0006]本发明的目的是解决目前微波吸波超材料难以在较薄厚度，特别是采用单层超材料吸波结构无法实现宽频高效吸波，以及多层吸波超材料制备工艺复杂的技术问题。[0007]本发明提供一种轻薄宽频吸波超材料，[0008](1)包括底层金属板、中间介质基板和表层具有周期构型的金属膜层，所述周期金属膜层由多个单胞结构周期性重复排列组成；[0009](2)底层金属板与表层金属膜层材质为铜，厚度为0.035mm，中间介质板为FR4，介电常数为3.8～4.2，厚度为2.2～3.0mm。[0010](3)单胞结构由裁剪后的方形金属片和两个圆形金属片构成，单胞结构呈现二维阵列分布，单胞周期大小为8.0～10.0mm。[0011](4)方形金属