復合介質雙層fss結構srr金屬層超輕薄吸波材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，屬于吸波材料【技術領域】。解決了現有的電路模擬吸波結構存在的吸波帶寬窄、相對厚度厚的技術問題。本發明的吸波材料從上至下依次包括第一頻率選擇表面電阻層、第一介質層、第二頻率選擇表面電阻層、第二介質層和金屬反射層，第一頻率選擇表面電阻層由周期排列的碳膜貼片單元組成，第二頻率選擇表面電阻層由碳膜上周期排列的開孔單元組成，金屬反射層由金屬覆蓋層上周期排列的開孔單元組成，金屬覆蓋層上的開孔單元為諧振環結構。本發明的吸波材料在7.5GHz-22GHz范圍內具有-10dB以下的反射系數，在整個吸波頻帶內具有5個低于-18dB的反射系數峰值。
【專利說明】復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料
【技術領域】
[0001]本發明屬于吸波材料【技術領域】,具體涉及一種復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料。
【背景技術】
[0002]雷達吸波材料是一種多功能復合材料，具有針對性強、吸波性能好、質量輕、力學性能滿足承載要求等優點，已成為當代隱身材料重要的發展方向。其中，電路模擬吸波材料具有耐高溫、質量輕、耐濕熱、抗腐蝕等特點，是一種被廣泛使用的諧振型雷達吸波材料。
[0003]電路模擬吸波材料的結構從上至下依次為頻率選擇表面(FSS)、介質層和金屬底板，其中FSS是各種形狀的貼片單元或開孔單元周期排列而成，對入射電磁波感應生成等效電容、電感和電阻。通過調整FSS的幾何形狀、尺寸、方阻等，可以改變結構體的等效電容、電感和電阻，進而調整結構整體的諧振吸收，有效滿足不同應用的吸波性能要求。
[0004]現有技術中，基于頻率選擇表面的吸波材料，頻率選擇表面貼片單元有蝶形、方環形、Y型等，但是這些吸波材料，為實現吸波性能，介質層厚度較厚，吸波材料吸波帶寬窄，一定程度的限制了應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是解決現有的電路模擬吸波結構存在的吸波帶寬窄、相對厚度厚等問題，提供一種復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料。
[0006]本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，從上至下依次包括第一頻率選擇表面電阻層、第一介質層、第二頻率選擇表面電阻層、第二介質層和金屬反射層；所述第一頻率選擇表面電阻層由周期排列的碳膜貼片單元組成，所述碳膜貼片單元由一個十字形貼片、四個相同的正方形貼片和四個相同的L形貼片組成，四個正方形貼片和四個L形貼片相對于十字形貼片的中心點對稱分布，正方形貼片有兩條相鄰的直角邊與對應的十字形貼片的兩條相鄰的直角邊分別相鄰且等間距，正方形貼片的另外兩條相鄰的直角邊與L形貼片的兩條內直角邊分別相鄰且等間距；所述第一介質層的介電常數為1.05，厚度為2_;所述第二頻率選擇表面電阻層由碳膜上周期排列的開孔單元組成，所述開孔單元為多個具有相同中心點的正方環按照邊長從小到大，由內到外依次排列；所述第二介質層的介電常數為4.4，厚度為Imm;所述金屬反射層由金屬覆蓋層上周期排列的開孔單元組成，所述開孔單元為開口諧振環結構。
[0007]進一步的，所述第一頻率選擇表面電阻層的方阻為20Ω。
[0008]進一步的，所述第一介質層的材料為泡沫材料。
[0009]進一步的，所述第二頻率選擇表面電阻層的方阻為300Ω。
[0010]進一步的，所述第二介質層的材料為FR-4。
[0011]進一步的,所述金屬反射層的厚度為15 μ m。
[0012]進一步的，所述金屬反射層上的開孔單元由兩組軸對稱的半方環組成，兩組半方環的結構由多個具有相同中心點的正方環按照邊長從小到大，由內到外依次排列后，沿對稱邊的中心線切開后形成。
[0013]進一步的，所述L形貼片的L形的兩條邊的邊長相等，且與正方形貼片的邊長相配
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[0014]進一步的，所述相鄰的兩個正方環之間的間距相等。
[0015]進一步的，所述金屬覆蓋層為金屬覆銅層。
[0016]本發明的工作原理:本發明的吸波材料中SRR金屬層的加入實現了吸波材料對不同頻段電磁波的諧振，使得吸波材料在吸波帶寬內部出現了多個連續吸波峰值，雙層不同電阻值FSS層的加入首先在吸波復合材料中引起入射電磁波與反射電磁波的干涉，起到反射屏的作用，其次由于電阻層的周期結構特性，無論入射的電磁波呈現什么樣的極化方式，對整個吸波結構的作用都相當于施加電壓激勵，能在雙層FSS電阻層上引起諧振電流，當形成自適應極化條件時，在損耗介質中會產生耗散電流，耗散電流在吸波材料中逐漸衰減而產生電磁能的損耗，因此，FSS結構電阻層能使外場的電磁波能量感應成耗散電流能量，而吸波復合材料中的損耗介質則使電流能量轉化為熱能，增加吸波復合材料的吸波性能；而且雙層不同介電常數介質結構的引入，可以使吸波結構更好地與自由空間波阻抗進行匹配，從而最大程度地減少反射波，提高吸波性能；同時雙層FSS結構電阻層的加入能夠增大吸波復合材料的表面輸入阻抗模，從而提高吸波復合材料的吸波性能。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018](I)本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料采用的雙層匹配FSS電阻層，結構簡單，便于加工制作；
[0019](2)本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料由于采用雙層低介電常數介質層，在保證高吸波性能的前提下，最大限度的降低了吸波材料的整體重量；
[0020](3)本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料具有超寬吸波帶寬，在7.5GHz-22GHz范圍內具有-1OdB以下的反射系數，在7.5GHz_22GHz帶寬范圍內均可實現高吸波效率；
[0021](4)本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料采用SRR結構金屬層作為反射面，使得在整個吸波頻帶內具有5個低于-1SdB的反射系數峰值，這樣復合吸波材料在以上5個頻點附近具有更加良好的吸波效果；
[0022](5)本發明的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料整體厚度接近等于雙層介質層厚度，約等于3mm，在同類吸波材料中具有低厚度的良好性能；
[0023](6)本發明基于頻率選擇表面的超輕薄寬帶吸波材料應用于雷達隱身，能夠降低雷達散射截面，也可以作為電磁波屏蔽層，有效地降低環境中日益增加的電磁干擾及有害輻射，保障信息安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料的結構示意圖；
[0025]圖2為本發明復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料的第一層FSS電阻層的周期單元的結構示意圖；
[0026]圖3為本發明復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料第二層FSS電阻層的周期單元的結構示意圖；
[0027]圖4為本發明復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料的金屬反射層的周期單元的結構示意圖；
[0028]圖5為本發明復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料的反射系數曲線圖；
[0029]圖中，1、第一頻率選擇表面電阻層，11、十字形貼片，12、正方形貼片，13,L形貼片，
2、第一介質層，3、第二頻率選擇表面電阻層,31、正方環,4、第二介質層,5、金屬反射層,51、半方環。
【具體實施方式】
[0030]為了使本領域技術人員進一步了解本發明，下面結合附圖1-5對本發明做進一步說明。
[0031 ] 復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料從上至下依次包括第一頻率選擇表面電阻層1、第一介質層2、第二頻率選擇表面電阻層3、第二介質層4和金屬反射層5 ；其中，第一頻率選擇表面電阻層I由周期排列的碳膜貼片單元組成，碳膜貼片單元由一個十字形貼片11、四個相同的正方形貼片12和四個相同的L形貼片13組成，四個正方形貼片12和四個L形貼片13相對于十字形貼片11的中心點對稱分布，即十字形貼片11有四條相同的臂，相鄰兩個臂之間成直角，也形成了一個區域，每個區域內設有一個正方形貼片12和一個L形貼片13，正方形貼片12有兩條相鄰的直角邊與對應的十字形貼片13的兩條相鄰的直角邊分別鄰近且等間距，正方形貼片12的另外兩條相鄰的直角邊與L形貼片13的兩條內直角邊分別鄰近且等間距，L形貼片13的L形的兩條邊的邊長相等，且與正方形貼片12的邊長相配合，碳膜貼片單元的長度和寬度等于十字形貼片11的長度和寬度；第一介質層2的介電常數為1.05，厚度為2mm ;第二頻率選擇表面電阻層3由碳膜上周期排列的開孔單元組成，所述開孔單元為多個具有相同中心點的正方環31按照邊長從小到大，由內到外依次排列，相鄰兩個正方環31之間的間距相等；第二介質層4的介電常數為4.4，厚度為Imm ;金屬反射層5為金屬覆蓋層上周期排列的開孔單元組成，開孔單元為開口諧振環結構。
[0032]本實施方式中，第一頻率選擇表面電阻層I的方阻為20 Ω，第一介質層2的材料為泡沫材料，第二頻率選擇表面電阻層3的方阻為300 Ω，第二介質層4的材料為FR-4，金屬反射層5的厚度為15 μ m，金屬覆蓋層為金屬覆銅層，金屬反射層5上的開孔單元由兩組軸對稱的多個半方環51組成，兩組半方環51的結構由多個具有相同中心點的正方環按照邊長從小到大，由內到外依次排列后，沿對稱邊的中心線切開后形成，相鄰兩個半方環51間的距離相等，吸波材料的總體厚度接近于第一介質層2和第二介質層4的厚度之和。
[0033]將本實施方式制備的吸波材料進行反射系數測試，通過反射系數最終可以計算出吸波效率，結果如圖5所示，可以看出，吸波材料具有超寬吸波帶寬，在7.5GHz-22GHz范圍內具有-1OdB以下的反射系數，在7.5GHz-22GHz范圍內均可實現高吸波效率；整個吸波頻帶內具有5個低于-1SdB的反射系數峰值，這樣復合吸波材料在以上5個頻點附近具有更加良好的吸波效果。
[0034]顯然，以上實施方式的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于所述【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，從上至下依次包括第一頻率選擇表面電阻層(I)、第一介質層(2)、第二頻率選擇表面電阻層(3)、第二介質層(4)和金屬反射層(5)； 所述第一頻率選擇表面電阻層(I)由周期排列的碳膜貼片單元組成，所述碳膜貼片單元由一個十字形貼片(11)、四個相同的正方形貼片(12)和四個相同的L形貼片(13)組成，四個正方形貼片(12)和四個L形貼片(13)相對于十字形貼片(11)的中心點對稱分布，正方形貼片(12)有兩條相鄰的直角邊與對應的十字形貼片(13)的兩條相鄰的直角邊分別相鄰且等間距，正方形貼片(12)的另外兩條相鄰的直角邊與L形貼片(13)的兩條內直角邊分別相鄰且等間距； 所述第一介質層(2)的介電常數為1.05，厚度為2mm ； 所述第二頻率選擇表面電阻層(3)由碳膜上周期排列的開孔單元組成，所述開孔單元為多個具有相同中心點的正方環(31)按照邊長從小到大，由內到外依次排列； 所述第二介質層(4)的介電常數為4.4，厚度為Imm ； 所述金屬反射層(5)由金屬覆蓋層上周期排列的開孔單元組成，所述開孔單元為開口諧振環結構。
2.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述第一頻率選擇表面電阻層(I)的方阻為20Ω。
3.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述第一介質層(2)的材料為泡沫材料。
4.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述第二頻率選擇表面電阻層(3)的方阻為300Ω。
5.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述第二介質層(4)的材料為FR-4。
6.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述金屬反射層(5)的厚度為15 μ m。
7.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述金屬覆蓋層上的開孔單元由兩組軸對稱的半方環(51)組成，兩組半方環(51)的結構由多個具有相同中心點的正方環按照邊長從小到大，由內到外依次排列后，沿對稱邊的中心線切開后形成。
8.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述L形貼片(13)的L形的兩條邊的邊長相等，且與正方形貼片(12)的邊長相配合。
9.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述相鄰的兩個正方環(31)之間的間距相等。
10.根據權利要求1所述的復合介質雙層FSS結構SRR金屬層超輕薄吸波材料，其特征在于，所述金屬覆蓋層為金屬覆銅層。
【文檔編號】H01Q17/00GK103700951SQ201410012258
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】湯洋, 高勁松, 王巖松, 徐念喜, 陳新 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所