[发明专利]一种宽频吸波超材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸波材料，尤其涉及一种利用超材料理论和传输线理论设计的宽频吸波超材料。

背景技术

随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的技术、各种产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。比如，无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞；移动电话可能会干扰各种精密电子医疗器械的工作；即使是普通的计算机，也会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和重现，造成国防、政治、经济、科技等方面情报的泄漏。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，其在包括军事以及其它方面也有广泛的应用，比如隐形机、隐形衣等。材料吸收电磁波的基本条件是：（1）电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部，即要求材料具有匹配特性；（2）进入材料内部的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即衰减特性。

现有的吸波材料利用各个材料自身对电磁波的吸收性能，通过设计不同材料的组分使得混合后的材料具备吸波特性，此类材料设计复杂且不具有大规模推广性，同时此类材料的机械性能受限于材料本身的机械性能，不能满足特殊场合的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种利用超材料理论和传输线理论设计的宽频吸波超材料，该吸波超材料对应的吸波频段宽、吸波超材料厚度薄且对电磁波的衰减性能好。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种宽频吸波超材料，所述宽频吸波超材料虚拟划分为多个周期排列的基本单元，所述基本单元主要由沿电磁波传播方向依次层叠的第一子单元以及第二子单元构成；所述第一子单元包括第一基材以及附着于第一基材上的第一微结构，所述第二子单元包括第二基材以及附着于第二基材上的第二微结构；所述第一微结构为实心正方形状，所述第一微结构未全部覆盖其所附着的第一基材表面；所述第二微结构全部覆盖其所附着的第二基材表面。

进一步地，所述第一基材、第二基材上分别附着有第一、第二微结构的表面形状均为边长为10毫米的正方形状；所述第一微结构为边长5.3-6.5毫米的实心正方形状且第一基材与第一微结构共中心点设置。

进一步地，所述第一基材、第二基材均由FR4材料制成。

进一步地，所述第一微结构、第二微结构均由导电油墨制成。

进一步地，所述第一子单元、第二子单元厚度相同，均为5.1至5.3毫米。

进一步地，所述第一微结构、第二微结构厚度相同，均为0.01-0.02毫米。

进一步地，所述第一微结构的电导率为34-45S/m，第二微结构的电导率为235-250S/m。

进一步地，所述基本单元的等效电路为：所述等效电路包括串联的第一传输线元件、第二传输线元件、第一电阻、第二电阻还包括第一电容；用于模拟发射电磁波的端口元件接入第一传输线元件，第二传输线元件接地；第一电阻一端接入端口元件与第一传输线元件之间，另一端接入第一电容，第一电容另一端接地；第二电阻串接于第二传输线元件与地之间。

进一步地，所述第一电阻值为550至750欧姆，第二电阻值为725至925欧姆；所述第一电容值为0.10至0.15皮法；所述第一传输线元件的参数为：第一特征阻抗为337欧姆，第一传输距离为2.5毫米，第一中心频点为10GHZ；第二传输线元件的参数为：第二特征阻抗为337欧姆，第二传输距离为2.5毫米，第二中心频点为10GHZ。

进一步地，所述基本单元还包括覆盖于所述第基本单元前后两表面的阻抗匹配层，所述阻抗匹配层由F4B材料制成，所述阻抗匹配层厚度为5毫米。

本发明利用超材料原理和传输线理论设计吸波超材料，其在4GHZ至18GHZ区间，电磁波的衰减度均能达到约20dB，具有吸波频带宽、吸波性能强的有益效果。

附图说明

图1为构成超材料的基本单元的结构示意图；

图2为本发明吸波超材料的基本单元的结构示意图；

图3为第一子单元的主视图；

图4为第二子单元的主视图；

图5为本发明吸波超材料的等效电路示意图；

图6为附着有阻抗匹配层后的吸波超材料的等效电路示意图；

图7为附着有阻抗匹配层后的吸波超材料的仿真效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。