一種多層結構的寬帶電磁吸波材料的制作方法
【專利摘要】一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，包括介質基板、金屬背板。介質基板由三層介質板組成，最下層介質板的下表面附著金屬背板。每層介質板的上表面分別噴涂一層導電膜，每層導電膜由固定間距排布的多個面積相等的導電膜單元組成，自最上層介質板上表面的導電膜單元的面積至最下層介質板上表面的導電膜單元的面積逐漸增大。本發明可在寬頻帶范圍實現電磁波的吸收，整體厚度薄，并且有較好的角度穩定性和極化穩定性。
【專利說明】
一種多層結構的寬帶電磁吸波材料
技術領域
[0001] 本發明屬于電子技術領域，更進一步涉及電磁材料技術領域中的一種多層結構的 寬帶電磁吸波材料。本發明可在寬頻帶范圍實現電磁波的吸收，且具有穩定性，用于常規吸 波用途和熱成像領域。
【背景技術】
[0002] 電磁超材料(Metamaterials)也叫新型人工電磁媒質，是指在自然界中本身并不 存在，而是根據電磁學理論人工設計所構造出來的，具有非常規電磁的人造媒質或結構。超 材料因其所具有的奇異特性已被廣泛應用于高方向性天線、隱身技術、雷達以及微波毫米 波器件設計等諸多領域。同時，對超材料的研究也涵蓋了材料科學與工程、微波天線理論、 電磁理論以及先進測量等一系列學科。
[0003] 寬帶電磁吸波材料是應用于電磁波吸收的一種新型寬帶電磁材料，電磁波進入寬 帶電磁吸波材料中會表現出許多獨特的現象，如電磁波在寬帶電磁吸波材料表面不反射或 反射很小、電磁波在寬帶電磁吸波材料內損耗等，這在電磁波吸收和隱身技術等有廣闊的 應用前景。
[0004] X · P · Shen等人在其發表的論文 "Polarization-independent wide-angle triple-band metamaterial absorber"（Optics Express 9401，vol·19，no·10，（2011))中 提出了一種單層結構的電磁吸波材料。該電磁吸波材料由附著在介質板上的三個方形環構 成，通過強諧振實現了三個頻點的吸波，但是，該電磁吸波材料仍然存在的不足之處是，由 于采用強諧振實現電磁波的吸收，它是窄帶吸波材料。
[0005] Ding Fei等人在其發表的論文 "Ultra-broadband microwave metamaterial absorber"（Applied Physics Letters，APL 100，103506(2012))中提出了一種多層結構的 電磁吸波材料。該電磁吸波材料整體為金字塔型，每個單元有20層介質，20層金屬層和金屬 反射板組成，多層結構產生了多個諧振，從而展寬吸波帶寬，但是，該電磁吸波材料仍然存 在的不足之處是，它的整體厚度變厚，對其廣泛應用有限。
[0006] 深圳光啟高等理工研究院在其申請的專利"吸波超材料"（申請號： 201110338214.6,申請公布號：103094708A)中公開了一種吸波超材料。該吸波超材料由多 層介質基材和附著于人工微結構組成，調整人工微結構的尺寸等，實現寬帶電磁波的吸收。 該吸波超材料存在的不足之處是，其微結構復雜，對加工精度要求高，工程實現性差。
【發明內容】
[0007] 本發明針對上述現有技術的電磁吸波材料面臨的不足，提出了一種多層結構的寬 帶電磁吸波材料，使得電磁吸波材料具有寬帶吸波特性，并且滿足吸波入射角范圍廣和吸 收任意極化角度的電磁波。
[0008] 為實現上述目的，本發明包括介質基板、金屬背板。介質基板由三層介質板組成， 最下層介質板的下表面附著金屬背板。每層介質板的上表面分別噴涂一層導電膜，每層導 電膜由固定間距排布的多個面積相等的導電膜單元組成，自最上層介質板上表面的導電膜 單元的面積至最下層介質板上表面的導電膜單元的面積逐漸增大。
[0009]發明與現有技術相比具有以下優點：
[0010]第一，由于本發明使用三層介質板和三層噴涂在介質板上表面的導電膜，克服了 現有技術存在的電磁吸波材料整體厚度變厚，限制其廣泛應用的缺點，使得本發明具有厚 度薄的優點。
[0011] 第二，由于本發明使用面積逐漸增大的三層導電膜單元，克服了現有技術存在的 電磁吸波材料窄帶吸波的缺點，使得本發明具有寬帶吸波的優點。
[0012] 第三，由于本發明使用三層導電膜單元，克服了現有技術存在的電磁吸波材料結 構復雜，工程實現性差的缺點，使得本發明具有結構簡單，工程可實現性好的優點。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的二維結構示意圖；
[0014] 圖2為本發明的實施例1的一個結構單元的示意圖；
[0015] 圖3為本發明的實施例1的三維結構示意圖；
[0016] 圖4為本發明的實施例2的一個結構單元的示意圖；
[0017] 圖5為本發明的實施例2的三維結構示意圖；
[0018] 圖6為本發明的實施例1垂直入射的電磁波的吸波率隨頻率變化曲線圖；
[0019] 圖7為本發明的實施例1不同俯仰角吸波率隨頻率變化曲線圖；
[0020] 圖8為本發明的實施例1不同方位角吸波率隨頻率變化曲線圖。
[0021 ]具體實現方式
[0022] 下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0023] 參照附圖1，對本發明寬帶電磁吸波材料的二維結構作進一步的描述。
[0024]本發明包括介質基板1、金屬背板3。介質基板1由三層介質板組成，最下層介質板 的下表面附著金屬背板3。每層介質板的上表面分別噴涂一層導電膜2,每層導電膜由固定 間距排布的多個面積相等的導電膜單元21組成，自最上層介質板上表面的導電膜單元的面 積至最下層介質板上表面的導電膜單元的面積逐漸增大。
[0025] 介質基板1的相對介電常數介于2~10之間，厚度為0.5mm~2_。
[0026]導電膜單元21的形狀為正方形或正多邊形。
[0027] 導電膜單元21的方阻介于6 Ω /sq~300 Ω /sq之間。
[0028] 導電膜單元21的固定間距排布是指，每層介質板的上表面的兩兩導電膜單元1間 距 Imm ~IOmm 〇
[0029] 導電膜單元21面積逐漸增大是指，自最上層介質板的上表面導電膜單元至最下層 介質板的上表面導電膜單元面積逐漸增大以介于5%~80%之間的比例增大。
[0030] 本發明的實施例1描述了在7GHz~36GHz頻率范圍內，吸波率能夠達到90%以上 時，寬帶電磁吸波材料采用的各結構尺寸如下。
[0031] 參照附圖2,對本發明對實施例1的單元結構作進一步的描述。
[0032]本發明的實施例1的三層介質基板27、25、23的相對介電常數為2.65,損耗角正切 0.001，最下層介質基板27的厚度為1.5mm，中間層介質基板25的厚度為0.8mm，最上層介質 基板23的厚度為1.5mm。
[0033] 本發明的實施例1中的三層導電膜單元24、22、20的形狀為正方形，最下層介質板 的上表面的導電膜單元24的方阻為130 Ω/sq、邊長為6.8mm，中間層介質板的上表面的導電 膜單元22的方阻為100 Ω/sq、邊長為5.6mm，最上層介質板的上表面的導電膜單元20的方阻 為70 Ω /sq、邊長為3.2mm。最下層介質板的上表面的兩兩導電膜單元24中心間距為8mm，中 間層介質板的上表面的兩兩導電膜單元22中心間距為8mm，最上層介質板的上表面的兩兩 導電膜單元20中心間距為8mm。
[0034] 參照附圖3,對本發明實施例1寬帶電磁吸波材料的三維結構作進一步的描述。 [0035] 本發明的實施例2描述了在IOGHz~41GHz頻率范圍內，吸波率能夠達到90%以上 時，寬帶電磁吸波材料采用的各結構尺寸如下。
[0036]參照附圖4,對本發明對實施例2的單元結構作進一步的描述。
[0037]本發明的實施例2的三層介質基板45、43、41的相對介電常數為2.65,損耗角正切 0.003,最下層介質基板45的厚度為1mm，中間層介質基板43的厚度為0.8mm，最上層介質基 板41的厚度為0.5mm。
[0038] 本發明的實施例2中的三層導電膜單元44、42、40的形狀為正六方形，最下層介質 板的上表面的導電膜單元44的方阻為115 Ω/sq、邊長為2.6mm，中間層介質板的上表面的導 電膜單元42的方阻為100 Ω/sq、邊長為1.8mm，最上層介質板的上表面的導電膜單元40的方 阻為75 Ω /sq、邊長為1mm。最下層介質板的上表面的兩兩導電膜單元44中心間距為6.2mm， 中間層介質板的上表面的兩兩導電膜單元42中心間距為6.2mm，最上層介質板的上表面的 兩兩導電膜單元40中心間距為6.2mm。
[0039] 參照附圖5,對本發明實施例2寬帶電磁吸波材料的三維結構作進一步的描述。
[0040] 圖6是本發明實施例1垂直入射的電磁波的吸波率隨頻率變化曲線圖，圖6中的橫 軸為頻率，縱軸為吸波率。吸波率為I- I Sn 12_ I S2112，式中I Sn I表示反射系數的模值，I S21 表示透射系數的模值，由于存在反射背板，透射系數I S211 =0,吸波率簡化為I-1 Sn 12。由圖6 可以看出，在7GHz~36GHz頻率范圍內，吸波率能夠達到90%以上。
[0041 ]圖7是本發明實施例1不同俯仰角吸波率隨頻率變化曲線圖，圖7中橫軸為頻率，縱 軸為吸波率，圖7中以方形標示的曲線表示@ = 〇°方位角時，俯仰角為Θ = 0°的吸波率曲線。圖 7中以圓形標示的曲線表示0-方位角時，俯仰角為θ = 15°的吸波率曲線。圖7中以上三角 標示的曲線表示方位角時，俯仰角為θ = 30°的吸波率曲線。圖7中以下三角標示的曲線 表示識=Cf方位角時，俯仰角為Θ = 45°的吸波率曲線。圖7中以菱形標示的曲線表示P_=:〇°方位 角時，俯仰角為θ = 60°的吸波率曲線。由圖7可以看出，在俯仰角0°~45°范圍內，吸波率在 80 %以上，說明本發明的角度穩定性好。
[0042]圖8是本發明實施例1不同方位角吸波率隨頻率變化曲線圖，圖8中橫軸為頻率，縱 軸為吸波率，圖8中以方形標示的曲線表示θ=〇°俯仰角時，方位角為的吸波率曲線。圖 8中以圓形標示的曲線表示θ = 0°俯仰角時，方位角為供=3〇°的吸波率曲線。圖8中以上三角 標示的曲線表示9 = 0°俯仰角時，方位角為^ = 6()的吸波率曲線。圖8中以下三角標示的曲線 表示θ = 0°俯仰角時，方位角為的吸波率曲線。由圖8可以看出，在方位角0°~90°范圍 內，吸波率都在90 %以上，說明本發明的極化穩定性好。
【主權項】
1. 一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，包括介質基板（1)、金屬背板(3)，其特征在于， 所述的介質基板（1)由三層介質板組成，最下層介質板的下表面附著金屬背板(3);每層介 質板的上表面分別噴涂一層導電膜(2)，每層導電膜由固定間距排布的多個面積相等的導 電膜單元(21)組成，自最上層介質板上表面的導電膜單元的面積至最下層介質板上表面的 導電膜單元的面積逐漸增大。2. 根據權利要求1所述的一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的介質 基板(1)的相對介電常數介于2~10之間，厚度為0.5mm~2_。3. 根據權利要求1所述的一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導電 膜單元(21)的形狀為正方形或正多邊形。4. 根據權利要求1所述的一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導電 膜單元(21)的方阻介于6 Ω /sq~300 Ω /sq之間。5. 根據權利要求1所述的一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導電 膜單元（21)的固定間距排布是指，每層介質板的上表面的兩兩導電膜單元中心間距1mm~ 10mm〇6. 根據權利要求1所述的一種多層結構的寬帶電磁吸波材料，其特征在于，所述的導電 膜單元(21)面積逐漸增大是指，自最上層介質板的上表面導電膜單元至最下層介質板的上 表面導電膜單元面積逐漸增大以介于5%~80%之間的比例增大。
【文檔編號】H01Q17/00GK106058484SQ201610536572
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】李龍, 呂志勇, 劉海霞, 余世星, 馬芳, 張慧瑩
【申請人】西安電子科技大學