本發(fā)明屬于超材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種吸收頻點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄的多頻點(diǎn)超材料吸波體。

背景技術(shù)：

電磁超材料由于奇異的電磁特性，一直是物理學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自從電磁超材料能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率之后，電磁超材料迎來(lái)了快速發(fā)展時(shí)期。短短幾十年間，超材料的理論研究日趨成熟，應(yīng)用越來(lái)越廣，覆蓋了軍事、工業(yè)和生活等各個(gè)領(lǐng)域，其中超材料吸波體作為超材料在吸波領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注，而多頻超材料吸波體在復(fù)雜電子平臺(tái)的電磁兼容方面更是有著巨大的潛在價(jià)值。

現(xiàn)有超材料吸波體實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)吸收的主要方式包括：采用有效電流路徑長(zhǎng)度不同的結(jié)構(gòu)相互嵌套或整合；或?qū)⒂行щ娏髀窂介L(zhǎng)度不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多層堆疊。

總之，現(xiàn)有多頻點(diǎn)超材料吸波體存在的問(wèn)題是：為實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)吸收，單元結(jié)構(gòu)層數(shù)過(guò)多或者頂層結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法滿足超薄和方便生產(chǎn)加工的要求，而且往往只能實(shí)現(xiàn)雙頻或者三頻，更多頻的情況很難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多頻點(diǎn)超材料吸波體,吸收頻點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種超材料吸波體，包括沿平面連續(xù)設(shè)置的多個(gè)吸波單元，所述每個(gè)吸波單元包括正方形介質(zhì)基板和滿敷于介質(zhì)基板下表面的金屬底板，在所述介質(zhì)基板的上表面還貼附有正方形的金屬片，所述金屬片的邊長(zhǎng)小于介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)，金屬片(1)的幾何中心與介質(zhì)基板(3)的幾何中心重疊，在所述金屬片上開(kāi)有形狀相同、相互平行的第一條縫和第二第縫，所述第一條縫與第二第縫平行于金屬片的一條中線，并關(guān)于該中線對(duì)稱。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

1、吸收頻點(diǎn)多：吸收頻點(diǎn)可達(dá)4個(gè)，高于現(xiàn)有的多頻吸波體的吸收頻點(diǎn)；

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度?。罕景l(fā)明頂層為正方形的開(kāi)縫金屬片結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且介質(zhì)板的厚度僅為0.72mm，分別為各個(gè)工作波長(zhǎng)的3.3％、6.3％、10.0％和13.3％，實(shí)現(xiàn)了超薄的設(shè)計(jì)；

3、吸收率高：4個(gè)吸收頻點(diǎn)中前3個(gè)吸波頻點(diǎn)處的吸收率均高于99.5％，第4個(gè)吸收頻點(diǎn)處的吸收率也達(dá)到了93.5％，滿足接近完美吸波。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多頻點(diǎn)超材料吸波體的吸波單元三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的主視圖。

圖3為圖1的仰視圖。

圖4是采用cst對(duì)本發(fā)明超材料吸波體進(jìn)行仿真的s11參數(shù)圖。

圖5是本發(fā)明超材料吸波體的垂直入射吸收率仿真結(jié)果圖。

圖6是本發(fā)明超材料吸波體分別在介質(zhì)板有損耗和無(wú)損耗情況下垂直入射吸收率仿真結(jié)果圖。

圖中，1金屬片，21第一條縫，22第二第縫，3介質(zhì)基板，4金屬底板。

具體實(shí)施方式

如圖1、2、3所示，本發(fā)明超材料吸波體，包括沿平面連續(xù)設(shè)置的多個(gè)吸波單元，所述每個(gè)吸波單元包括正方形介質(zhì)基板3和滿敷于介質(zhì)基板3下表面的金屬底板4，在所述介質(zhì)基板3的上表面還貼附有正方形的金屬片1，所述金屬片1的邊長(zhǎng)小于介質(zhì)基板3的邊長(zhǎng)，金屬片1的幾何中心與介質(zhì)基板3的幾何中心重疊，使得金屬片1的周邊等間距地位于介質(zhì)基板3的周邊范圍內(nèi)，在所述金屬片1上開(kāi)有形狀相同、相互平行的第一條縫21和第二第縫22，所述第一條縫21與第二第縫22平行于金屬片1的一條中線，并關(guān)于該中線對(duì)稱。

當(dāng)多個(gè)吸波單元沿平面連續(xù)設(shè)置時(shí)，介質(zhì)基板3和金屬底板4均連為一整體，而金屬片1之間則相互隔離。使各吸波單元獨(dú)立工作。

所述第一條縫21從金屬片1內(nèi)部一直延伸至金屬片1邊緣。即第一條縫21和第二第縫22開(kāi)口位于金屬片1邊緣，另一端為盲端。

所述方形金屬片1的幾何中心與方形介質(zhì)基板3的幾何中心重疊。

所述介質(zhì)基板3為有損耗的fr-4介質(zhì)基板，其介電常數(shù)為ε＝4.3，損耗角正切為td＝0.025。

金屬底板4和頂層金屬片1都采用金屬銅，其電導(dǎo)率為σ＝5.8×10⁷s/m。

作為實(shí)施例，每個(gè)吸波單元的三層結(jié)構(gòu)各尺寸參數(shù)如下：晶格常數(shù)p＝12mm，金屬片邊長(zhǎng)l＝10.8mm，雙縫深度d＝6mm，雙縫寬度w＝0.1mm，雙縫靠近中軸線的一側(cè)偏離中軸線距離u＝2.35mm，fr-4基板的厚度h＝0.72mm，頂層和底層的銅膜厚度為dh＝0.035mm。

圖4為使用仿真軟件對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真得到的s11參數(shù)圖。

圖5為通過(guò)s11參數(shù)計(jì)算繪制的本發(fā)明的垂直入射吸收率曲線。當(dāng)電磁波入射到吸波體表面后，其電場(chǎng)分量會(huì)引起頂層金屬片上產(chǎn)生方向沿著電場(chǎng)分量方向做周期變化的表面電流，產(chǎn)生電諧振，其磁場(chǎng)分量會(huì)引起頂層金屬片上和金屬底板上產(chǎn)生方向相反的表面電流，這種近似環(huán)形的電流產(chǎn)生磁諧振。強(qiáng)烈的電諧振和磁諧振，加上金屬底板對(duì)電磁波的零通過(guò)性，將入射電磁波的能量留在吸波體內(nèi)，并通過(guò)金屬的歐姆損耗和介質(zhì)板的介電損耗將留住的電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而實(shí)現(xiàn)了四頻帶吸波，在4.64ghz、8.67ghz、13.93ghz和18.53ghz處分別實(shí)現(xiàn)了99.6％、99.8％、99.9％和93.5％的吸收率。

圖6為本發(fā)明超材料吸波體分別在介質(zhì)板有損耗和無(wú)損耗情況下垂直入射吸收率仿真結(jié)果圖。從圖中可以看出當(dāng)介質(zhì)板采用無(wú)損耗的fr-4板材的時(shí)候，各個(gè)頻點(diǎn)的吸收率要明顯小于使用有損耗的，從而反映出吸波體的能量損耗機(jī)理，介質(zhì)的介電損耗為主，金屬的歐姆損耗為輔。

本發(fā)明的超材料吸波體在多頻雷達(dá)、復(fù)雜電子平臺(tái)的電磁兼容等方面有著潛在的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種超材料吸波體，包括沿平面連續(xù)設(shè)置的多個(gè)吸波單元，所述每個(gè)吸波單元包括正方形介質(zhì)基板(3)和滿敷于介質(zhì)基板(3)下表面的金屬底板(4)，在所述介質(zhì)基板(3)的上表面還貼附有正方形的金屬片(1)，所述金屬片(1)的邊長(zhǎng)小于介質(zhì)基板(3)的邊長(zhǎng)，金屬片(1)的幾何中心與介質(zhì)基板(3)的幾何中心重疊，在所述金屬片(1)上開(kāi)有形狀相同、相互平行的第一條縫(21)和第二第縫(22)，所述第一條縫(21)與第二第縫(22)平行于金屬片(1)的一條中線，并關(guān)于該中線對(duì)稱。本發(fā)明的多頻點(diǎn)超材料吸波體,吸收頻點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄。

技術(shù)研發(fā)人員：于榭彬;宋耀良;范事成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.10.17