一種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]二次世界大戰(zhàn)中，雷達(dá)作為先進(jìn)的遠(yuǎn)距離探測(cè)工具而被廣泛使用，為了增強(qiáng)武器裝備的突防生存能力，隱身技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)代戰(zhàn)爭，電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，電磁波吸收材料作為一種提高武器裝備隱身能力的有效手段，也愈發(fā)的受到各軍事強(qiáng)國的重視，相關(guān)的研究成果也頻頻見諸報(bào)端。
[0003]另外，隨著手機(jī)、微波爐和電磁爐等以電磁波為媒介的技術(shù)產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)生活各領(lǐng)域的廣泛使用，其產(chǎn)生的電磁輻射等電磁污染也對(duì)人類的生存健康構(gòu)成了威脅。因此電磁波吸收材料在信息傳輸、微波輻射防護(hù)等民用領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]同時(shí)，隨著各種電磁設(shè)備工作頻帶的擴(kuò)展，人們對(duì)寬頻吸波材料的需求也越來越迫切。
[0005]寬帶吸波材料中，尤以多層電介質(zhì)吸收材料有頻帶寬、重量輕、工藝簡單和可批量化等特點(diǎn)而獲得了生產(chǎn)商和使用者的青睞。目前常用的輕質(zhì)寬帶吸波結(jié)構(gòu)有:Jaumann吸波體，幾何漸變吸波體，泡綿吸波體，蜂窩吸波結(jié)構(gòu)等。然而這些吸波體有一個(gè)共同的缺點(diǎn):良好的寬帶吸收效果帶來的是結(jié)構(gòu)厚度的急劇增加，通常這類寬帶吸波結(jié)構(gòu)的整體厚度在20?30mm。而根據(jù)Salisbury Screen吸波體、電路模擬吸波體等設(shè)計(jì)的單層吸波結(jié)構(gòu)，由于諧振頻點(diǎn)單一，且在其結(jié)構(gòu)整體厚度等于工作波長一半的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生全反射的現(xiàn)象，也不利于寬帶吸波的實(shí)現(xiàn)。因此，在不改變材料及結(jié)構(gòu)厚度的前提下，如何拓寬雷達(dá)波吸收體的吸波頻帶則成了當(dāng)前電磁波吸收技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述存在問題或不足，本發(fā)明提供了一種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在3?18GHz的寬帶范圍內(nèi)對(duì)入射的電磁波可實(shí)現(xiàn)大于80%的有效吸收。
[0007]該立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，底層為金屬平板，金屬平板上方為周期性排布的印刷有電阻膜圖案的長方體硬質(zhì)泡沫復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，其單元周期為a。。硬質(zhì)泡沫材料的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為0.95彡ε丨彡1.1，其虛部為0.05彡ε "彡0.075 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為0.95S μ' < 1.01，其虛部為10 2S μ" <10 3ο除與金屬平板相粘合的一面沒有電阻膜以外，其余五個(gè)面上均印刷有電阻膜，其中與電磁波入射方向相垂直的上表面為正方形且印刷有方環(huán)形電阻膜，其方阻值為Rsql，與上表面相垂直的四個(gè)側(cè)面為矩形且印刷有方環(huán)形的方阻值為Rsq2的電阻膜。a。為單元周期，a為方阻值Rsql的方環(huán)形電阻膜外邊長，d為單元高度，^為方阻值Rsql的電阻膜的環(huán)寬，《2和《3分別為方阻值Rsq2的電阻膜在不同方向上的環(huán)寬。其參數(shù)范圍為:a。= 14?19mm，a = 12?16mm，d = 12?16mm，w丨=I?8mm，W2= 2 ?8mm，w 3= 3 ?8mm，R sql= 150 ?300 Ω / □，R sq2= 50 ?170 Ω / □。
[0008]上述《2或a/2或d/2即與上表面相垂直的四個(gè)側(cè)面印刷的方阻值為R sq2的電阻膜為完全覆蓋的矩形。
[0009]上述硬質(zhì)泡沫為聚醚酰亞胺或聚甲基丙烯酰亞胺。
[0010]該立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理在于:利用長方體復(fù)合單元側(cè)面電阻膜與入射電磁波之間的相互作用，消除對(duì)應(yīng)平面結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生全反射的缺陷，改善了中頻(8?12GHz)的吸波性能，實(shí)現(xiàn)在3?18GHz的寬帶范圍對(duì)入射電磁波大于80%的吸收。
[0011]實(shí)物采用絲網(wǎng)印刷工藝，用導(dǎo)電碳黑漿料在長方體硬質(zhì)泡沫結(jié)構(gòu)的上表面(與電磁波入射方向相垂直的面)和與其相垂直的4個(gè)側(cè)面分別印刷不同圖案，不同單元尺寸，不同方阻值的電阻膜，以此構(gòu)成硬質(zhì)泡沫和電阻膜的復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，將該復(fù)合單元結(jié)構(gòu)按照其單元周期a。粘貼在金屬平板上，實(shí)現(xiàn)了一種輕質(zhì)寬帶的立體單元吸波結(jié)構(gòu)，其立體單元陣列結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0012]本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn):
[0013]1.主體填充材料為硬質(zhì)泡沫單元，單元密度極小，吸波結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量極輕；
[0014]2.各個(gè)方向相同的單元周期，以及與入射電磁波相垂直的面為正方形圖案，可有效消除入射電磁波不同極化方向(水平極化和垂直極化)對(duì)結(jié)構(gòu)吸波性能所帶來的影響；
[0015]3.硬質(zhì)泡沫與電阻膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其等效輸入阻抗可在更多的頻點(diǎn)與自由空間的波阻抗相匹配，在更寬的頻帶上實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波超過80%的吸收；
[0016]4.通過立體單元結(jié)構(gòu)側(cè)面電阻膜對(duì)入射電磁波的吸收，可以有效消除對(duì)應(yīng)單層吸波結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生全反射的缺陷，改善中頻的吸波特性，拓寬吸波帶寬；
[0017]5.通過調(diào)整電阻膜的圖案尺寸以及方阻等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)吸波性能的靈活調(diào)
-K-
T O
【附圖說明】
[0018]圖1立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)單元陣列圖；
[0019]圖2側(cè)面為方環(huán)形電阻膜時(shí)立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3側(cè)面為方環(huán)形電阻膜時(shí)電磁波垂直入射的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0021]圖4側(cè)面為方塊形電阻膜時(shí)立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖5側(cè)面為方塊形電阻膜時(shí)電磁波垂直入射的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0023]附圖標(biāo)記:a。為單元周期，a為方阻值Rsql的方環(huán)邊長，d為單元結(jié)構(gòu)高度，W1為方阻值Rsql的方環(huán)環(huán)寬，w 2和w 3分別為方阻值R sq2的方環(huán)在不同方向上的環(huán)寬，R sql為立體單元結(jié)構(gòu)與電磁波入射方向相垂直的上表面電阻膜的阻抗值，Rsq2為立體單元結(jié)構(gòu)側(cè)表面電阻膜的阻抗值。
【具體實(shí)施方式】
[0024]采用前述立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體實(shí)施，具體如下。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]—種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0027]a。= 17，a = 14，d = 14，W1= 3.65，w 2= 3.65, w 3= 3.65，R sql= 185 Ω / □，R sq2=70 Ω / □
[0028]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_5dB以下的反射系數(shù)，其中3?18GHz頻段具有_7dB以下的反射系數(shù)，如圖3所示。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]一種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其單元結(jié)構(gòu)如圖4所示，具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0031]a。= 18，a = 15，d = ISjW1= 2.5, w 2= 7.5，W3= 7.5，Rsql= 200 Ω / □，R sq2 =85 Ω / □
[0032]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_5dB以下的反射系數(shù)，其中3?17.5GHz頻段具有-1OdB以下的反射系數(shù)，如圖5所示。
[0033]實(shí)施例3:
[0034]—種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0035]a。= 17，a = 14，d = 15，《^ = 4，W2= 6，W3= 6，Rsql= 185 Ω / IZURsq2= 80 Ω / □
[0036]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_6dB以下的反射系數(shù)，其中2.29?18GHz頻段具有_8dB以下的反射系數(shù)。
[0037]實(shí)施例4:
[0038]—種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0039]a。= 18，a = 15，d = 15，《^ = 4，W2= 4，W3= 4，Rsql= 185 Ω / IZURsq2= 80 Ω / □
[0040]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_5dB以下的反射系數(shù)，其中2.1?18GHz頻段具有_7dB以下的反射系數(shù)。
[0041]實(shí)施例5:
[0042]—種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0043]a。= 19，a = 15，d = 15，《^ = 4，W2= 6，W3= 6，Rsql= 260 Ω / □，R sq2= 80 Ω / □
[0044]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_5dB以下的反射系數(shù)，其中2.86?18GHz頻段具有-1OdB以下的反射系數(shù)。
[0045]實(shí)施例6:
[0046]—種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm):
[0047]a。= 19，a = 15，d = 15,W1= 4,W2= 6,W3= 6,Rsql= 185 Ω / □,Rsq2= 100 Ω / □
[0048]通過所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，在TE波或者TM波垂直入射的情況下，結(jié)構(gòu)在2?18GHz的全頻段具有至少_5dB以下的反射系數(shù)，其中2.5?18GHz頻段具有_9dB以下的反射系數(shù)。
[0049]綜上，該立體單元結(jié)構(gòu)，可以消除當(dāng)結(jié)構(gòu)厚度為工作波長一半時(shí)所帶來的全反射的影響，從而改善該頻段下的吸收特性，有效拓展結(jié)構(gòu)的吸收帶寬；又因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)與電磁波入射方向垂直的表面具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的特點(diǎn)，從而可以消除入射波不同極化方式對(duì)結(jié)構(gòu)吸波性能的影響。該立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)在電磁波吸收以及雷達(dá)隱身等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，底層為金屬平板，其特征在于:金屬平板上方為周期性排布的印刷有電阻膜圖案的長方體硬質(zhì)泡沫復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，其單元周期為a。，硬質(zhì)泡沫材料的相對(duì)介電常數(shù)0.95 < ε’ <1.1其虛部0.05 ^ ε "彡0.075，相對(duì)磁導(dǎo)率0.95彡μ’彡L 01其虛部10 2S μ "彡10 3;除與金屬平板相粘合的一面沒有電阻膜以外，其余五個(gè)面上均印刷有電阻膜，其中與電磁波入射方向相垂直的上表面為正方形且印刷有方環(huán)形電阻膜，其方阻值為Rsql，與上表面相垂直的四個(gè)側(cè)面為矩形且印刷有方環(huán)形的方阻值為Rsq2的電阻膜；a。為單元周期，a為方阻值R sql的方環(huán)形電阻膜外邊長，d為單元高度，^為方阻值R sql的電阻膜的環(huán)寬，w 2和w 3分別為方阻值Rsq2的電阻膜在不同方向上的環(huán)寬；其參數(shù)范圍為:a。= 14?19mm，a = 12?16mm，d = 12 ?16mm，W1 = I ?8mm，w 2= 2 ?8mm，w 3= 3 ?8mm，R sql = 150 ?300 Ω / □, R sq2=50 ?170 Ω / 口。2.如權(quán)利要求1所述立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述^或a/2或d/2 ο
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)。提供了一種立體單元寬帶周期吸波結(jié)構(gòu)，其底層為金屬平板，金屬平板上方為周期性排布的印刷有電阻膜圖案的長方體硬質(zhì)泡沫復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，其單元周期為a0；除與金屬平板相粘合的一面沒有電阻膜以外，其余五個(gè)面上均印刷有電阻膜，其中與電磁波入射方向相垂直的上表面為正方形且印刷有方環(huán)形電阻膜，其方阻值為Rsq1，與上表面相垂直的四個(gè)側(cè)面為矩形且印刷有方環(huán)形的方阻值為Rsq2的電阻膜。本發(fā)明改善了中頻(8～12GHz)的吸波性能，實(shí)現(xiàn)了在3～18GHz的寬帶范圍對(duì)入射電磁波大于80％的吸收。
【IPC分類】H05K9/00
【公開號(hào)】CN105101764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093865
【發(fā)明人】周佩珩, 張國瑞, 王麗, 周陽, 陳海燕, 謝建良, 鄧龍江
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日