本發(fā)明屬于電磁波吸收技術(shù)，特別涉及一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體。

背景技術(shù)：

1、超表面是一種具有亞波長結(jié)構(gòu)的人造表面，它通過控制電磁波的相位、幅度和極化來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確調(diào)控。超表面吸波體通過設(shè)計(jì)其幾何形狀、材料特性和排列方式的，能夠以超薄的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的吸收、反射、和散射等功能。突破了傳統(tǒng)吸波材料的限制，能夠在更薄的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻段電磁波的強(qiáng)吸收，甚至可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶吸波效果。這一特點(diǎn)使其在電磁隱身、無線電波以及通信干擾抑制等領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。

2、電磁波射入超表面吸波體主要會(huì)產(chǎn)生三種現(xiàn)象，分別是一部分電磁波反射，一部分電磁波通過超表面吸波體進(jìn)行透射，另外一部分在介質(zhì)層以能量的形式得到損耗，由于金屬反射層的存在，電磁波只有非常少的一部分可以透過，因此，通過對(duì)超表面吸波體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使其在特定的頻段使電磁波轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行吸收。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，該吸波體包含頂層金屬諧振層、介質(zhì)層、底層金屬反射層；所述金屬諧振層由多個(gè)周期單元陣列結(jié)構(gòu)組成，諧振單元包括分裂圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)、分裂方形環(huán)結(jié)構(gòu)、金屬圓片結(jié)構(gòu)和8個(gè)貼片電阻；分裂圓環(huán)分布在諧振層的最外圍，并與單元邊界保持一定的距離，圓環(huán)的四個(gè)分裂處均焊接阻值為250ω的貼片電阻；分裂方形環(huán)分布在圓環(huán)內(nèi)側(cè)并與圓環(huán)保持一定距離，四個(gè)分裂處均焊接300ω的貼片電阻；分裂圓環(huán)的內(nèi)側(cè)則設(shè)置金屬圓片并與方形環(huán)保持一定的距離。超表面吸波體制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，在10.15ghz-20.91ghz達(dá)到90％以上的電磁波吸收率，具有非常好的寬帶吸收特性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，上到下依次包含金屬諧振層，介質(zhì)層和金屬反射層；所提出的吸波體金屬諧振層由多個(gè)單元周期諧振陣列組成，所述諧振單元包括分裂圓形環(huán)狀結(jié)構(gòu)、分裂方形環(huán)、金屬圓片和8個(gè)貼片電阻；金屬圓片分布在超表面吸波體諧振層的最內(nèi)側(cè)，分裂方形環(huán)分布在金屬圓片的外側(cè)并且外邊界與單元邊界保持3mm的距離，每個(gè)分裂方形環(huán)由四個(gè)尺寸相同且對(duì)稱的“l(fā)”型金屬結(jié)構(gòu)組成，4個(gè)貼片電阻也分別焊接在方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的四個(gè)分裂處；每個(gè)分裂圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)由四個(gè)尺寸相同的圓弧形結(jié)構(gòu)組成，開口分裂圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)分布在單元諧振結(jié)構(gòu)的最外側(cè)并且圓環(huán)外邊界與單元邊界中點(diǎn)保持1.3mm的距離，4個(gè)貼片電阻分別焊接在圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的四個(gè)分裂處。

4、進(jìn)一步的，吸波體的頂層金屬諧振層和底層金屬反射層厚度均為0.035mm，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)金屬諧振層的金屬圓片的半徑r1為0.7mm；分裂方形環(huán)的內(nèi)外邊長a和b分別為3.0mm和4.0mm，單側(cè)內(nèi)邊與外邊之間的距離為0.5mm，4個(gè)方形環(huán)分裂開口處寬度c為1mm；分裂圓環(huán)內(nèi)徑r2和外徑r3分別為3.2mm和3.7mm，圓環(huán)4個(gè)分裂開口處的寬度均d為0.5mm；吸波體的介質(zhì)層和金屬反射層均為邊長相等的正方形，邊長l均為10mm，所述介質(zhì)層厚度x1為2.3mm。

5、進(jìn)一步的，所述的介質(zhì)層采用fr-4材料制作成為介質(zhì)基板，介質(zhì)層所使用的fr-4環(huán)氧樹脂材料基板的介電常數(shù)為4.3。頂層金屬諧振層和底層金屬反射層均使用金屬銅制作而成。

6、進(jìn)一步的，所述的分裂方形環(huán)分裂開口處貼片電阻阻值為300ω；分裂圓環(huán)分裂開口處貼片電阻阻值為250ω。

7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

8、1.本發(fā)明的諧振層的結(jié)構(gòu)均由簡單的圖案嵌套而成，電磁波在入射超表面吸波體時(shí)，吸波體與外部介質(zhì)具有完美的阻抗匹配效果，在10.15ghz-20.91ghz頻段內(nèi)，分別在12.24ghz、18.40ghz和20.16ghz三個(gè)頻點(diǎn)附近產(chǎn)生明顯的諧振峰，并且進(jìn)行疊加，使得諧振層能夠具有寬帶吸收的性能，與同類型的超表面吸波體相比，該吸波體的實(shí)際吸收帶寬為10.76ghz，相對(duì)帶寬為69％，具有更好寬帶效果，且該吸波體的結(jié)構(gòu)為方圓環(huán)等簡單結(jié)構(gòu)的嵌套，制作工藝簡單。

9、2.本發(fā)明的吸波體兼顧諧振層結(jié)構(gòu)簡單和寬吸收帶的良好性能，該吸波體的單元結(jié)構(gòu)只包含三個(gè)部分，分別為頂層金屬諧振層、介質(zhì)層和金屬反射層；所述金屬諧振層是由多個(gè)周期單元陣列的結(jié)構(gòu)組成，頂層金屬諧振單元包括分裂圓環(huán)結(jié)構(gòu)、分裂方形環(huán)結(jié)構(gòu)、金屬圓片、4個(gè)250ω的貼片電阻和4個(gè)300ω的貼片電阻，并且在10.15ghz-20.91ghz頻段內(nèi)吸波率達(dá)到90％以上，相較于同類超材料吸波器具有非常寬的吸收帶寬；本發(fā)明的吸波體對(duì)應(yīng)的最低諧振點(diǎn)電磁波頻段分別在12.24ghz，該頻段電磁波波長為0.25m，然而在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)吸波體的時(shí)候，厚度通常設(shè)計(jì)為所吸收頻段對(duì)應(yīng)電磁波波長的四分之一，因此設(shè)計(jì)傳統(tǒng)吸波器吸收12.24ghz的電磁波所設(shè)計(jì)的吸波體厚度約為0.063m，而本發(fā)明吸波體整體厚度為約為2.37mm,約是本發(fā)明超表面吸波體厚度的27倍。

10、下面將結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，其特征在于：由上到下依次包含金屬諧振層，介質(zhì)層和金屬反射層；所提出的吸波體金屬諧振層由多個(gè)單元周期諧振陣列組成，所述諧振單元包括分裂圓形環(huán)狀結(jié)構(gòu)、分裂方形環(huán)、金屬圓片和8個(gè)貼片電阻；每個(gè)諧振單元的分裂圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)由四個(gè)圓弧形結(jié)構(gòu)組成，分裂圓環(huán)的圓心與介質(zhì)層正方形的對(duì)角線交點(diǎn)重合，開口分裂圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)分布在單元諧振結(jié)構(gòu)的四周并且外邊界與單元邊界中點(diǎn)保持1.3mm距離，4個(gè)貼片電阻分別焊接在圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的四個(gè)分裂處，分裂方形環(huán)分布在分裂圓環(huán)的內(nèi)側(cè)并且外邊界與單元邊界保持3mm的距離，每個(gè)分裂方形環(huán)由四個(gè)尺寸相同的“l(fā)”型金屬結(jié)構(gòu)組成，4個(gè)貼片電阻也分別焊接在方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的四個(gè)分裂處，金屬圓片分布在分裂方形環(huán)的內(nèi)側(cè)并且外邊界與單元邊界中點(diǎn)保持4.3mm的距離；所述金屬諧振層、介質(zhì)層和金屬反射層構(gòu)成吸波器單元結(jié)構(gòu)，金屬諧振層附著在介質(zhì)層的頂層，金屬反射層附著在介質(zhì)層的底層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，其特征在于：所述吸波體的介質(zhì)層和金屬反射層均為邊長相等的正方形，邊長均為10mm，所述介質(zhì)層厚度為2.3mm，頂層金屬諧振層和底層金屬反射層厚度均為0.035mm，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)金屬諧振層的分裂圓環(huán)內(nèi)徑和外徑分別為3.2mm和3.7mm，圓環(huán)4個(gè)分裂開口處的寬度均為0.5mm；分裂方形環(huán)的內(nèi)外邊長分別為3.0mm和4.0mm，單側(cè)內(nèi)邊與外邊之間的距離為0.5mm，4個(gè)方形環(huán)分裂開口處寬度為1mm，金屬圓片的半徑為0.7mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，其特征在于：所述的金屬諧振層和金屬反射層均由厚度為0.035mm的銅制成，介質(zhì)層采用fr-4環(huán)氧樹脂制成，fr-4環(huán)氧樹脂板子的介電常數(shù)為4.3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，其特征在于：所述的金屬諧振層中分裂圓環(huán)的分裂開口處貼片電阻的阻值為250ω，分裂方形環(huán)的分裂開口處貼片電阻的阻值為300ω。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明設(shè)計(jì)公開了一種基于方圓多嵌套結(jié)構(gòu)的超表面吸波體，該結(jié)構(gòu)由頂層金屬諧振層、介質(zhì)層和底層金屬層構(gòu)成。所提出的吸波體由周期單元結(jié)構(gòu)組成，其諧振層由分裂的圓環(huán)、分裂的方形環(huán)、金屬圓片以及八個(gè)貼片電阻組成。分裂圓環(huán)分布在諧振層的最外圍，并與諧振單元的邊界保持一定的距離，圓環(huán)的四個(gè)分裂處均焊接阻值為250Ω的貼片電阻；分裂方形環(huán)在圓環(huán)內(nèi)側(cè)并與圓環(huán)保持一定距離，四個(gè)分裂處均焊接300Ω的貼片電阻；分裂圓環(huán)的內(nèi)側(cè)則設(shè)置金屬圓片并與方形環(huán)保持一定的距離。所提出的超表面吸波體制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，在10.15GHz?20.91GHz達(dá)到90％以上的電磁波吸收率，具有非常好的寬帶吸收特性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙鈺樑,陳婷,楊文榮,張獻(xiàn),欒君玲,賀浩巖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9