[发明专利]一种轻质吸波材料及其应用

说明书

本发明公开了一种轻质吸波材料及其应用，轻质吸波材料包括从上至下依次叠合连接的金属超材料层、中间损耗层和反射层，中间损耗层包括至少一层的非金属超材料层和至少一层的有耗介质层。轻质吸波材料可用于制作X、Ku微波波段的隐身材料、吸波蒙皮或吸波器件，可以在厚度很薄的情况下，实现X、Ku等不同频段的强吸收，且具有极化不敏感和大入射角不敏感特性，对于斜入射电磁波具有很好的吸收稳定性，其吸波频段、吸波率、厚度、重量优势明显，可通过对各结构层的厚度、金属与非金属超材料周期性结构参数的调节适应不同的性能需求。

技术领域

本发明吸波材料领域，具体涉及一种轻质吸波材料及其应用。

背景技术

雷达吸波材料可以有效吸收入射电磁波，降低目标回波强度，常用于武器、装备及特殊器件表面以实现雷达波隐身。随着武器装备的发展，对雷达吸波材料的重量、厚度及吸波性能要求越来越严苛，因此如何在保证雷达吸收性能的前提下，设计出超薄轻质的雷达吸波材料成为热门研究课题之一。雷达吸波材料要实现优异的吸波性能，必须同时满足两个条件：一是吸波材料的表面阻抗要与自由空间波阻抗相匹配，以确保电磁波能够进入材料内部；二是吸波材料要具有合适的损耗，从而有效耗散电磁能量。但这两个要求往往是相互矛盾的，损耗较大的材料阻抗较低，而阻抗高的材料往往损耗很小。

传统的吸波结构大都基于Salisbury吸收屏、Jaumman吸收体和多层阻抗匹配吸波材料，存在的典型问题是厚度大、重量重、吸收深度不够等缺点。增强吸波材料的吸收深度或者让吸收峰位置位于常用的X、Ku波段，常用的方法是增加厚度或者提高吸收剂含量，但受材料电磁参数频散特性或谐振电厚度的影响，很难实现小厚度情况下的强吸波性能。

超材料的出现和发展使人们能够从宏观尺寸层面控制材料的电磁性能，从而显著影响材料与电磁波的相互作用关系，其在电磁吸波技术中的应用是已成为一个热门的研究方向。超材料的电磁性能主要取决于其人工结构单元的形式和排布，通过结构参数的调整可以方便地调控材料等效电磁参数以及阻抗特性。与传统吸波材料相比，使用超材料可以摆脱宽频吸波性能对材料本征电磁参数频散特性的依赖性，能在厚度较薄、重量较轻的前提下实现雷达工作频段的强吸收性能。但现有吸波材料对于超材料的应用仍较为浅薄，比如CN110416742A专利，其吸波材料由于未引入非金属超材料层，仅依靠介质损耗层进行吸收，因此导致其厚度、重量改善方面仍存在进步的空间。

发明内容

本发明提供了一种轻质吸波材料及其应用，用以解决背景技术中提到的的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轻质吸波材料，包括从上至下依次叠合连接的金属超材料层、中间损耗层和反射层，所述中间损耗层包括至少一层的非金属超材料层和至少一层的有耗介质层。

上述技术方案的设计思路在于，本发明的轻质吸波材料为加载了金属超材料与非金属超材料的层合板结构，实现了吸波材料在较薄的厚度下对电磁波的强吸收，其吸波原理为金属超材料层在X、Ku不同频段范围与自由空间的表面阻抗匹配，实现自由空间的入射波能够几乎完全进入吸波结构的内部，然后通过非金属超材料及有耗介质层对电磁波能量的多重损耗，将入射到吸波结构内部的电磁波能量转化为热能等其他能量，最终实现工作频段内的高吸波特性。由于金属超材料及非金属超材料能够实现对空间电磁波实现电磁调制，可以使吸波材料兼具厚度薄、重量轻且吸收率高的多重特性。

作为上述技术方案的进一步优选，所述非金属超材料层包括基材层和设置在基材层上的微结构层A，所述微结构层A由若干单元结构A周期性排列形成。