專利名稱：一種超介質(zhì)吸波材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波電磁材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超介質(zhì)吸波材料及制備方法。
背景技術(shù)：
2000年，D.R.Smith等人提出了基于J.B.Pendry構(gòu)造的單負(fù)介電常數(shù)超材料、單負(fù)磁導(dǎo)率超材料的思想，并首次人工合成出在X波段等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的負(fù)折射率微波材料，實(shí)現(xiàn)了 1976年前蘇聯(lián)科學(xué)家V.G.Veselago所預(yù)言的理想負(fù)折射率材料。2008年，Landy等人提出了一種完美超介質(zhì)吸波材料的概念，通過合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和選擇，這種電磁諧振器超材料能夠?qū)θ肷潆姶挪ǖ碾姶欧至糠謩e產(chǎn)生稱合，從而在一個(gè)給定的頻帶內(nèi)對(duì)入射到超材料表面的電磁波既不產(chǎn)生反射也不產(chǎn)生透射，實(shí)現(xiàn)完美吸收?，F(xiàn)有超介質(zhì)吸波材料因?yàn)楣ぷ鞑ㄩL與單元結(jié)構(gòu)尺寸的比值較小，導(dǎo)致吸波材料吸波率對(duì)大入射角較為敏感，從而限制了超介質(zhì)吸波材料的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種超介質(zhì)吸波材料及制備方法，該超介質(zhì)吸波材料在微波頻段內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)超寬入射角吸波，且頻率偏移小，性能穩(wěn)定。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種超介質(zhì)吸波材料，采用的基板為環(huán)氧樹脂PCB基板，基本結(jié)構(gòu)單元為緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)。一種超介質(zhì)吸波材料的制備方法，包括:選取環(huán)氧樹脂PCB基板；環(huán)氧樹脂PCB基板的一面上刻蝕出緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂PCB基板的另
一面覆銅。本發(fā)明的超介質(zhì)吸波材料利用緊密S型結(jié)構(gòu)來增加其基本結(jié)構(gòu)單元的電感，在超介質(zhì)吸波材料尺寸一定的情況下降低諧振頻率，達(dá)到亞波長結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加大入射角時(shí)的吸波率，降低對(duì)入射角的敏感度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的超介質(zhì)吸波材料單元示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的單元繞數(shù)為5繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3提供的單元繞數(shù)為7繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例4提供的單元繞數(shù)為10繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例5提供的單元繞數(shù)為12繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
I提供的超介質(zhì)吸波材料單元示意圖。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的超介質(zhì)吸波材料包括:1、金屬緊密S型亞波長諧振結(jié)構(gòu)，2、環(huán)氧樹脂PCB基板，3、覆銅面；其坐標(biāo)E是電場矢量方向，K是波矢量方向，H是磁場
矢量方向。本發(fā)明實(shí)施例采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度t=0.25mm 1.6mm的環(huán)氧樹脂PCB基板上一面刻蝕出緊密S型結(jié)構(gòu)單元陣列，另一覆銅面保持不動(dòng)，即制作成為基于緊密S型結(jié)構(gòu)的超寬入射角超介質(zhì)吸波材料。該吸波材料的單元尺寸a=0.6mm 5mm,諧振單元(即基本結(jié)構(gòu)單元)的單元尺寸b=0.5mm 2.5mm,單元繞數(shù)n=5繞 20繞,繞線寬度d=0.05mm
0.4mm,繞線間隔c=0.05mm 0.4mm,繞線鍍銅厚度為0.017mm 0.035mm。相鄰兩個(gè)諧振單元之間的中心間距為0.6mm 5mm。本發(fā)明實(shí)施例的吸波材料利用緊密S型結(jié)構(gòu)來增加諧振結(jié)構(gòu)的電感，在吸波材料尺寸一定的情況下使諧振頻率下降，達(dá)到亞波長結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加大入射角時(shí)的吸波率，降低對(duì)入射角的敏感度。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的單元繞數(shù)為5繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖，其中圖(a)為T E波入射，(b)為TM波入射。所謂TE(Transverse Electric)波,是指入射波的電場矢量E與入射面垂直,入射波的磁場H與入射面平行,也被成為正交極化波或水平極化波；TM(Transverse Magnetic)波，入射波的電場矢量E與入射面平行，入射波的磁場H垂直于入射面，也被成為平行極化波或垂直極化波。本發(fā)明實(shí)施例中，采用Ro4003基板，其介電常數(shù)ε = 3.55，損耗角正切tan δ =
0.0027。在厚度為0.8mm的基板上刻蝕出單元繞數(shù)為5繞的緊密S型單元結(jié)構(gòu)，其線寬為
0.2mm,厚度為0.017mm,繞線間隔為0.4mm,相鄰結(jié)構(gòu)單兀的中心間距為3.4mm。選取以上參數(shù)的吸波材料在不同入射角下的吸波率曲線如附圖2所示。由圖2(a)可以看出，在TE波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例吸波率可以達(dá)到96%以上，SP使入射角增大為80°時(shí)，吸波率仍然可以達(dá)到61%，并且工作頻段在TE波入射角改變時(shí)基本沒有偏移現(xiàn)象。由圖2(b)可以看出，在TM波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例吸波率同樣可以達(dá)到96%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍有67%。由圖2可以得到上述吸波材料的工作波長與其基本結(jié)構(gòu)單元的比值為λ/a = 17.3。由于相鄰諧振單元在磁場方向同向震蕩，而在電場方向反向震蕩。當(dāng)入射波垂直入射時(shí)候，相鄰兩個(gè)諧振單元之間接收的入射波沒有相位差；而當(dāng)入射波非垂直入射時(shí)，在相鄰的諧振單元之間會(huì)產(chǎn)生相移，進(jìn)而導(dǎo)致在大入射角時(shí)吸波率下降。根據(jù)諧振頻率表達(dá)式/ = /2π4 Τ ,本發(fā)明實(shí)施例使用緊密S型結(jié)構(gòu)來增加銅線長度，在吸波材料尺寸不變的情況下增大電感L，進(jìn)而減小諧振頻率f，增加入射波諧振波長，從而減小相鄰諧振結(jié)構(gòu)單元間入射波的相位差，最后增大吸波材料在大入射角時(shí)的吸波率。
圖3是單元繞數(shù)為7繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖，其中圖(a)為TE波入射，(b)為TM波入射。同樣采用電路板刻蝕技術(shù)，選取Ro4003板材，其具體參數(shù)與實(shí)施例二相同，此處不再贅述。在厚度為0.8mm的基板上刻蝕出單元繞數(shù)為7繞的緊密S型結(jié)構(gòu)單元，其線寬為0.1mm,厚度為0.017mm,繞線間隔為0.2mm,相鄰諧振單兀的中心間距為2.4mm。上述參數(shù)下的吸波材料在不同入射角下的吸波率曲線如附圖3所示。由圖3(a)可以看出，在TE波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例吸波率可以達(dá)到97%以上，SP使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到63%，并且工作頻段在TE波入射角改變時(shí)基本沒有偏移現(xiàn)象。由圖3(b)可以看出，在TM波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例吸波率可以達(dá)到92%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到68%。由圖2可以得到上述吸波材料的工作波長與其基本結(jié)構(gòu)單元的比值λ /a = 17.7。圖4是單元繞數(shù)為10繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖，其中圖(a)為TE波入射，(b)為TM波入射。同樣采用電路板刻蝕技術(shù)，選取Ro4003板材，其具體參數(shù)與實(shí)施例二相同。在厚度為0.8mm的基板上刻蝕出單元繞數(shù)為10繞的緊密S型單元結(jié)構(gòu)，其線寬為0.05mm，厚度為0.017mm，繞線間隔為0.11mm，相鄰諧振單元的中心間距為1.85mm，制得的樣品在不同入射角下的吸波率曲線如附圖4所示。由圖4(a)可以看出，在TE波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明吸波率仍然可以達(dá)到95%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到58%，并且工作頻段在TE波入射角改變時(shí)基本沒有偏移現(xiàn)象。由圖4(b)可以看出，在TM波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明吸波率仍然可以達(dá)到96%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到78%。圖4(a)中選用的吸波材料的工作波長與其基本結(jié)構(gòu)單元的比值為λ/a= 19.2。圖5是單元繞數(shù)為12繞的超介質(zhì)吸波材料在不同入射角下的吸波率示意圖，其中圖(a)為TE波入射，(b)為TM波入射。同樣采用電路板刻蝕技術(shù)，選取Ro4003板材，其具體參數(shù)與實(shí)施例二相同。在厚度為0.8mm的基板上刻蝕出出單元繞數(shù)為12繞的緊密S型單元結(jié)構(gòu)，其線寬為0.08mm，厚度為0.017mm，繞線間隔為0.05mm，相鄰結(jié)構(gòu)單元的中心間距為1.84mm，制得樣品，其在不同入射角下的吸波率曲線如附圖5所示。由圖5(a)可以看出，在TE波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明吸波率仍然可以達(dá)到97%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到65%，并且工作頻段在TE波入射角改變時(shí)基本沒有偏移現(xiàn)象。由圖5(b)可以看出，在TM波入射角從0°改變?yōu)?0°時(shí)，本發(fā)明吸波率仍然可以達(dá)到94%以上，即使入射角增大為80°，吸波率仍然可以達(dá)到74%。從圖5(a)可以得到上述吸波材料的工作波長與其諧振單元的比值λ /a = 16.7。本發(fā)明實(shí)施例的吸波材料在入射角增大到60°的情況下，對(duì)入射波的吸波率可以達(dá)到95%以上，入射角在80°的情況下仍然可以達(dá)到60%左右的吸波率，而且當(dāng)入射角發(fā)生改變時(shí)基本沒有偏移現(xiàn)象，性能穩(wěn)定，同時(shí)該材料制備方法簡單易行，具有很高的推廣性。
權(quán)利要求
1.一種超介質(zhì)吸波材料，其特征在于，所述超介質(zhì)吸波材料的基板為環(huán)氧樹脂PCB基板，基本結(jié)構(gòu)單元為緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)為所述超介質(zhì)吸波材料的工作波長與所述超介質(zhì)吸波材料的單元尺寸的比值大于10的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述基本結(jié)構(gòu)單元的單元尺寸為0.5_ 2.5mm,單元繞數(shù)為5繞 20繞，繞線寬度為0.05mm 0.4mm,繞線厚度為0.017mm 0.035mm，繞線間隔為0.05mm 0.4mm，相鄰兩個(gè)所述基本結(jié)構(gòu)單元之間的中心間距為0.6mm 5mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的單元尺寸為0.6mm 5mm,介電常數(shù)為2.2 6.0,損耗角正切為0.0018 0.04,厚度為0.25mm 1.6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切為0.0027,厚度為0.8mm ;所述基本結(jié)構(gòu)單元的單元繞數(shù)為5繞，繞線寬度為0.2mm,繞線厚度為0.017mm,繞線間隔為0.4mm,相鄰兩個(gè)所述基本結(jié)構(gòu)單元之間的中心間距為3.4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切為0.0027,厚度為0.8mm ;所述基本結(jié)構(gòu)單元的單元繞數(shù)為7繞，繞線寬度為0.1mm,繞線厚度為0.017mm,繞線間隔為0.2mm,相鄰兩個(gè)所述基本結(jié)構(gòu)單元之間的中心間距為2.4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切為0.0027，厚度為0.8mm ;所述基本結(jié)構(gòu)單元的單元繞數(shù)為10繞，繞線寬度為0.05mm,繞線厚度為0.017mm,繞線間隔為0.1lmm,相鄰兩個(gè)所述基本結(jié)構(gòu)單元之間的中心間距為1.85mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切為0.0027，厚度為0.8mm ;所述基本結(jié)構(gòu)單元的單元繞數(shù)為12繞，繞線寬度為0.08mm,繞線厚度為0.017mm,繞線間隔為0.05mm,相鄰兩個(gè)所述基本結(jié)構(gòu)單元之間的中心間距為1.84mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超介質(zhì)吸波材料的制備方法，其特征在于，包括: 選取環(huán)氧樹脂PCB基板； 環(huán)氧樹脂PCB基板的一面上刻蝕出緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂PCB基板的另一面覆銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸波材料及制備方法，該吸波材料的基板為環(huán)氧樹脂PCB板，基本結(jié)構(gòu)單元為緊密S型亞波長結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在微波頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)超寬入射角吸波，且頻率偏移小，性能穩(wěn)定，制備方法簡單易行。
文檔編號(hào)H01Q17/00GK103165986SQ20131006887
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者文光俊, 王黃騰龍, 黃勇軍, 陳偉建 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué), 無錫成電科大科技發(fā)展有限公司