[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设计的宽频吸波超材料。该宽频吸波超材料吸收频段宽、吸波性能好，具有广泛的应用前景。

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基本单元，所述基本单元包括多层子单元，所述子单元包括基材以及附着于基材上的微结构，各层子单元上的微结构拓扑形状相同，沿电磁波传播方向，各层子单元上的微结构尺寸逐渐增大。

进一步地，所述各层子单元上的微结构由一个或多个第一基本微结构和一个或多个第二基本微结构构成，所述第一基本微结构为完整的圆环形微结构，所述第二基本微结构为圆周上等间距设置有四个相同的缺口的圆环形微结构；所述一个或多个第一基本微结构和一个或多个第二基本微结构同心设置。

进一步地，所述各层子单元上的微结构包括一个第一基本微结构形状和一个第二基本微结构形状，所述第一基本微结构形状的半径小于所述第二基本微结构形状的半径。

进一步地，所述各层子单元上的微结构包括半径为r₁和r₂的两个第一基本微结构和一个第二基本微结构，所述第二基本微结构半径大于r₂，r₂大于r₁。

进一步地，所述各层子单元上的微结构包括一个第一基本微结构和半径为r₁’和r₂’的两个第二基本微结构，r₂’大于r₁’，r₁’大于所述第一基本微结构半径。

进一步地，所述基本单元包括九层子单元，各层子单元上的微结构尺寸沿波传播方向呈线性等比例增大，比例数为0.3-1.5。

进一步地，所述基材由FR4材质制成。

本发明利用超材料原理设计吸波超材料，通过设置多层子单元以及各层子单元上的微结构尺寸渐变达到阻抗匹配和宽频吸波的效果。本发明宽频吸波超材料在4.2GHZ至20GHZ区间内对电磁波的衰减度达到5dB至14dB，其吸波频段宽，吸波效果好。

附图说明

图1为构成超材料的基本单元的立体结构示意图；

图2为本发明宽频吸波超材料中构成各层子单元的拓扑结构的第一基本结构的示意图；

图3为本发明宽频吸波超材料中构成各层子单元的拓扑结构的第二基本结构的示意图；

图4为本发明宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第一较佳实施例的示意图；

图5为本发明宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第二较佳实施例的示意图；

图6为本发明宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第三较佳实施例的示意图；

图7为本发明宽频吸波超材料的基本单元的一较佳实施例的立体结构示意图；

图8为由图7所示基本单元构成的宽频吸波超材料的仿真结果示意图。

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。