本發(fā)明涉及一種高磁導(dǎo)率的低頻段超材料吸波器，屬于超材料吸波器設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波吸波器，顧名思義，是一種能夠有效吸收電磁波的功能性材料，2008年，landy等人根據(jù)超材料的電磁諧振特性制備出吸波性能接近100％的吸波器，但是頻帶非常窄，之后吸波器的發(fā)展迅速，隨著研究的不斷深入，各種極化穩(wěn)定、寬入射角、寬頻帶和多頻帶的超材料吸波體相繼被提出，并被應(yīng)用于人體防護、信息安全、目標(biāo)隱身及天線雷達散射截面縮減設(shè)計等。

但現(xiàn)階段大部分吸波器工作頻率在x波段，對工作頻率在l頻段的低頻段吸波器研究較少，雖然高頻段的吸波器可以通過等比縮放到低頻段，但是厚度和單元尺寸都特別大。在l頻段且吸波片厚度不超過2mm的前提下，要想實現(xiàn)較寬頻帶的吸波是較困難的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高磁導(dǎo)率的低頻段超材料吸波器，在l頻段且厚度不超過2mm的前提下如何拓展頻率帶寬。主要目標(biāo)是實現(xiàn)厚度薄、頻帶低、帶寬寬、極化不敏感且寬入射角的超材料吸波器。

技術(shù)方案：本發(fā)明是一種基于高磁導(dǎo)率的低頻段超材料吸波器，該吸波器采用周期結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板下表面貼滿金屬板，所述介質(zhì)基板上表面為周期金屬結(jié)構(gòu)，周期金屬結(jié)構(gòu)上加載集總電阻。

其中：

所述的周期金屬結(jié)構(gòu)為兩個嵌套的外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)，且在外圓環(huán)的四個等分的方向上開縫，并在開縫處加載第一集總電阻。

所述的加載的第一集總電阻阻值為3ω。

所述的外圓環(huán)的外圓半徑為3.1±0.1mm，外圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為2.1±0.1mm，內(nèi)圓環(huán)的外圓半徑為1.65±0.2mm，內(nèi)環(huán)的內(nèi)圓半徑為0.6±0.2mm，外圓環(huán)開縫的縫寬為0.1±0.05mm；該吸波器單元尺寸為(7±0.1)mm*(7±0.1)mm。

所述的周期金屬結(jié)構(gòu)為一個金屬方環(huán)，且在該金屬方環(huán)的四個直邊上開縫，并在開縫處加載第二集總電阻。

所述的方環(huán)外圈邊長為3±0.1mm，方環(huán)內(nèi)圈邊長為2.1±0.1mm，方環(huán)開縫的縫寬為0.2±0.05mm，該吸波器單元尺寸為(3.2±0.1)mm*(3.2±0.1)mm。

所述的加載的第二集總電阻阻值為5ω。

所述的介質(zhì)基板所用介質(zhì)材料為高磁導(dǎo)率的頻變材料，在1ghz-2ghz頻段內(nèi)，磁導(dǎo)率從7.9下降到5.88，介電常數(shù)在24上下浮動。

所述的介質(zhì)基板厚度為2±0.1mm，底層的金屬板和表面周期金屬結(jié)構(gòu)都為銅箔，厚度為0.02±0.005mm；吸波器的吸收率計算公式為a(ω)＝1-r(ω)，其中r(ω)為吸波器輸入反射系數(shù)的模值的平方,ω為頻率。

有益效果：

1、本發(fā)明的用高磁導(dǎo)率材料實現(xiàn)的吸波器，將磁材料應(yīng)用到超材料吸波器中，從介質(zhì)材料的角度展寬l頻帶的吸波器的帶寬，且介質(zhì)材料對所設(shè)計的兩款吸波器的吸波效果起主要影響作用。

2、本發(fā)明的兩款吸波器工作在l頻段，而現(xiàn)階段l頻段的吸波器的設(shè)計較少。

3、本發(fā)明的兩款吸波器厚度都為2mm，厚度很薄，且單元尺寸小，分別為7mm*7mm和3.2mm*3.2mm。

4、本發(fā)明的兩款吸波器通過加載集總電阻的方式，更方便地調(diào)節(jié)吸波器的阻抗匹配。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中高磁導(dǎo)率低頻段吸波器的整體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2為圖1中介質(zhì)基板所用材料的介電常數(shù)曲線圖，

圖3為圖1中介質(zhì)基板所用材料的磁導(dǎo)率曲線圖，

圖4為圖1中周期金屬圖案為加載集總電阻的開縫的嵌套圓環(huán)示意圖，

圖5為圖1中周期金屬圖案為加載集總電阻的開縫的方環(huán)示意圖，

圖6為實施例1的吸波率圖，

圖7為實施例2的吸波率圖，

圖8為實施例3的吸波率圖。

圖中有：介質(zhì)基板1，金屬板2，周期金屬結(jié)構(gòu)3，圓環(huán)結(jié)構(gòu)4，第一集總電阻5，方環(huán)結(jié)構(gòu)6，第二集總電阻7。

具體實施方式

本發(fā)明的一種基于高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器，吸波器采用三層結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)基板1和緊貼于介質(zhì)基板1下表面的金屬板2，還包括位于介質(zhì)基板1上面的表面周期金屬圖案3，把周期金屬結(jié)構(gòu)3開縫并加載集總電阻。

設(shè)計了兩款不同的周期金屬結(jié)構(gòu)圖案3。一款如圖4所示，所述周期金屬結(jié)構(gòu)圖案為兩個嵌套的圓環(huán)4，且在外圓環(huán)的四個方向上開縫，并在開縫處加載第一集總電阻5。另一款如圖5所示，所述周期金屬結(jié)構(gòu)圖案3為一個金屬方環(huán)6，且在方環(huán)的四個方向上開縫，并在開縫處加載第二集總電阻7。用相同的介質(zhì)材料，介質(zhì)基板1上面的周期金屬圖案3不同且同時都有加載集總電阻，實現(xiàn)的吸波效果差別不大，但單元尺寸差別較大。當(dāng)只有介質(zhì)基板1和底層金屬板2時，該結(jié)構(gòu)也能吸波，介質(zhì)材料本身有吸波性能，表面圖案使得吸波器在指定頻率處吸波。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板1所用介質(zhì)材料為高磁導(dǎo)率的頻變材料，在1ghz-2ghz頻段內(nèi)，磁導(dǎo)率從7.9下降到5.88，介電常數(shù)在24上下浮動。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板1厚度為2mm，底層金屬板2和表面周期金屬結(jié)構(gòu)3都為銅，厚度為0.02mm。吸波器的吸收率計算公式一般為^[3]：a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)，如果第三層為金屬面，則沒有波透過，透射率為零，本發(fā)明中的吸波率計算公式為a(ω)＝1-r(ω)。

下面根據(jù)權(quán)利要求所包含的內(nèi)容舉例說明。

實施例1：

一種基于高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器采用三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示，上表面的金屬圖案如圖4所示。所用的介質(zhì)基板厚度為2mm，材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率參數(shù)圖如圖2、3所示，底層金屬板和表面周期金屬結(jié)構(gòu)都為銅，厚度為0.02mm。吸波器單元尺寸為7mm*7mm，外環(huán)的外圓半徑為3.1mm，外環(huán)的內(nèi)圓半徑為2.1mm，內(nèi)環(huán)的外圓半徑為1.65mm，內(nèi)環(huán)的內(nèi)圓半徑為0.6mm，外環(huán)開縫的縫寬為0.1mm，加載的第一集總電阻阻值為3ω。

本實例中的高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器是在電磁仿真軟件hfss.13建模仿真得出，圖6是本實例中的吸波率曲線圖，從圖6中可以看出，吸波器在1.09ghz-1.52ghz實現(xiàn)0.9以上的吸波率，在1.15ghz-1.42ghz有0.95以上的吸波率。在l頻段實現(xiàn)吸波率0.9以上430mhz的帶寬。

實施例2：

一種基于高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器采用三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示，上表面的金屬圖案如圖5所示。所用的介質(zhì)基板厚度為2mm，材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率參數(shù)圖如圖2、3所示，底層金屬板和表面周期金屬結(jié)構(gòu)都為銅，厚度為0.02mm。吸波器單元尺寸為3.2mm*3.2mm，方環(huán)外圈邊長為3mm，方環(huán)內(nèi)圈邊長為2.1mm，方環(huán)開縫的縫寬為0.2mm，加載的第二集總電阻阻值為5ω。

本實例中的高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器是在電磁仿真軟件hfss.13建模仿真得出，圖7是本實例中的吸波率曲線圖，從圖7中可以看出，吸波器在1.07ghz-1.52ghz實現(xiàn)0.9以上的吸波率，在1.13ghz-1.42ghz有0.95以上的吸波率。在l頻段實現(xiàn)吸波率0.9以上450mhz的帶寬。

實施例3：

一種基于高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器，當(dāng)只有介質(zhì)基板和下表面金屬板，即只有圖1中的(1)和(2)，所用的介質(zhì)基板厚度為2mm，材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率參數(shù)圖如圖2、3所示，底層金屬板為銅，厚度為0.02mm。

本實例中的高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器是在電磁仿真軟件hfss.13建模仿真得出，圖8是本實例中的吸波率曲線圖，從圖8中可以看出，吸波器在1.99ghz-4.92ghz實現(xiàn)0.9以上的吸波率，介質(zhì)材料本身就有吸波性能。

綜上所述，本發(fā)明基于高磁性材料實現(xiàn)低頻段較寬吸波帶寬的吸波器能在l頻段實現(xiàn)0.9以上的吸波率對應(yīng)的吸波帶寬為450mhz左右，且介質(zhì)基板厚度只有2mm，帶寬寬厚度薄，益于應(yīng)用在工程實踐中。