專利名稱：結(jié)構(gòu)式吸波材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，可用于常規(guī)吸波用途和熱成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，吸波材料的作用越來越重要，對其要求也越來越高，吸波材料正向性能穩(wěn)定，厚度薄，重量輕，吸收強(qiáng)，制備簡單等方向發(fā)展。常見的新型吸波材料主要有如下幾種鐵氧體，金屬鐵微粉，多晶鐵纖維，乙炔炭黑，陶瓷材料，結(jié)構(gòu)式吸波材料。它們的優(yōu)缺點(diǎn)分別如下鐵氧體，優(yōu)點(diǎn)是吸收頻帶寬，吸收率高，缺點(diǎn)是密度大，使部件過重，并且高頻效應(yīng)也不太理想；金屬鐵微粉，優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是其抗氧化，抗酸堿能力差，低頻吸收性能較差；多晶鐵纖維，優(yōu)點(diǎn)是密度較小，缺點(diǎn)是吸收率不夠高；乙炔炭黑，優(yōu)點(diǎn)是不僅能吸收電磁波，還能有效抑制紅外輻射，缺點(diǎn)是高溫抗氧化性差；陶瓷材料，優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是制備工藝較復(fù)雜；結(jié)構(gòu)式吸波材料，優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡單成熟，使用常規(guī)的印制電路板技術(shù)即可完成，厚度較薄，通過調(diào)節(jié)尺寸可吸收任意頻段的電磁波，而前面所述的吸波材料都只能吸收某一特定頻段的電磁波，缺點(diǎn)是吸收頻帶較窄。結(jié)構(gòu)式吸波材料最早由美國波士頓大學(xué)的N. I. Landy等人于2008年在physical review letters, PRL 100，207402 (2008)上發(fā)表了“完美超材料吸波體”，提出了一種較薄的結(jié)構(gòu)式吸波材料，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)正面為背部相連的開口金屬環(huán)110，背面為金屬長條130，中間為有耗介質(zhì)120，通過使入射的電磁波在其中諧振并消耗，達(dá)到吸波的目的。 但此種結(jié)構(gòu)只能吸收單一極化角度的電磁波，并且吸波性能隨電磁波入射角的變大迅速惡化，而且只有單一的吸波峰值點(diǎn)，這些都對其應(yīng)用構(gòu)成了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述結(jié)構(gòu)式吸波材料的不足，提出一種結(jié)構(gòu)式吸波材料， 以吸收任意極化角度的電磁波，展寬吸波入射角，增加吸波峰值點(diǎn)，擴(kuò)寬其應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明對現(xiàn)有的開口環(huán)諧振結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形，使其有兩個電磁諧振點(diǎn)，產(chǎn)生雙頻帶吸波效果，并且采用對稱結(jié)構(gòu)，可吸收任意極化角度的電磁波。其技術(shù)方案有以下兩種技術(shù)方案一，一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，包括介質(zhì)基板，該基板的背面為全金屬底板，正面為刻蝕的金屬圖案，其中金屬圖案由4條指向中心的金屬線箭頭和正多邊形金屬線框組成，正多邊形金屬線框的邊數(shù)為大于3的偶數(shù)；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線形成中間設(shè)有一個十字形縫隙的對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該正多邊形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿尾端連接。技術(shù)方案二，一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，包括介質(zhì)基板，該基板的背面為全金屬底板，正面為刻蝕的金屬圖案，其中金屬圖案由4條指向中心的金屬線箭頭和圓環(huán)形金屬線框組成，該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線形成中間設(shè)有一個十字形縫隙的對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該圓環(huán)形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿尾端連接。所述的每條指向中心的金屬線箭頭頂端的兩條短線與中桿的夾角為Θ，且θ = 45°。所述的介質(zhì)基板采用有機(jī)高分子聚合物基板或無機(jī)陶瓷基板。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)相對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本發(fā)明通過金屬線箭頭組成的十字交叉對稱結(jié)構(gòu)可降低材料對入射波極化角度的敏感度，從而吸收任意極化角度的電磁波。(2)相對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本發(fā)明通過相互連接的箭頭頂端短桿、箭頭主桿和金屬線框，產(chǎn)生了較長的感應(yīng)電流路徑，使得整個結(jié)構(gòu)的電尺寸較小，對入射波的入射角敏感度下降，展寬吸波入射角。(3)相對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本發(fā)明通過箭頭與箭頭之間、箭頭的短桿與金屬線框之間的縫隙可使不同頻段的電磁波產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生兩個吸波峰值點(diǎn)。(4)相對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)式吸波材料，本發(fā)明的厚度的電尺寸小于現(xiàn)有技術(shù)的一半。


圖1是N. I. Landy等人提出的完美超材料吸波體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)式吸波材料第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)式吸波材料第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)式吸波材料第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)式吸波材料第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明的第一實(shí)施例的吸波率仿真結(jié)果；圖7是本發(fā)明的第一實(shí)施例的吸波率隨入射波的極化角變化仿真結(jié)果；圖8是本發(fā)明的第一實(shí)施例的吸波率隨入射波的入射角變化仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參照圖2，本發(fā)明選用雙面覆銅的有機(jī)高分子聚合物介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/68。該基板的一面刻蝕有金屬圖案210，另一面不刻蝕，作為全金屬底板230。金屬圖案210由4條指向中心的金屬線箭頭211和正四邊形金屬線框212 組成，4條指向中心的金屬線箭頭211頂端兩條短線211Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個十字形縫隙213，每條金屬線箭頭211尾端都與正四邊形金屬線框212連接，其中正四邊形金屬線框212的周長為80 λ /100，金屬箭頭211頂端兩條短線211Β、中桿 211Α和金屬線框212的線寬均為λ/120，十字形縫隙213的寬度為λ/180，金屬箭頭211頂端兩條短線211B的長度均為55 λ /500，并且兩條短線211Β不與金屬線框212接觸。每條金屬線箭頭211頂端兩條短線211Β與其中桿211Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例2參照圖3，本發(fā)明選用雙面覆銅的無機(jī)陶瓷介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/48。該基板的一面刻蝕有金屬圖案310，另一面不刻蝕，作為全金屬底板330。金屬圖案310由4條指向中心的金屬線箭頭311和正六邊形金屬線框312組成，4 條指向中心的金屬線箭頭311頂端兩條短線311Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個十字形縫隙313，每條金屬線箭頭311尾端都與正六邊形金屬線框312連接，其中正六邊形金屬線框312的周長為82 λ /100，金屬箭頭311頂端兩條短線311Β、中桿311Α 和金屬線框312的線寬均為λ/100，十字形縫隙313的寬度為λ/120，金屬箭頭311頂端兩條短線311Β的長度均為57 λ /500，并且兩條短線311Β不與金屬線框312接觸。每條金屬線箭頭311頂端兩條短線311Β與其中桿311Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例3參照圖4，本發(fā)明選用雙面覆銅的有機(jī)高分子聚合物介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/55。該基板的一面刻蝕有金屬圖案410，另一面不刻蝕，作為全金屬底板430。金屬圖案410由4條指向中心的金屬線箭頭411和周長為88 λ /100的正八邊形金屬線框412組成，4條指向中心的金屬線箭頭411頂端兩條長度均為56 λ /500的短線411Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個寬度為λ/140的十字形縫隙413，每條金屬線箭頭411頂端兩條短線411Β與其中桿411Α的夾角θ =45°，且每條金屬線箭頭411的尾端與正八邊形金屬線框412連接，金屬箭頭411頂端兩條短線411Β、中桿411Α和金屬線框412的線寬均為λ /110，并且兩條短線411Β不與金屬線框412接觸。實(shí)施例4參照圖5，本發(fā)明選用雙面覆銅的有機(jī)高分子聚合物介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/56。該基板的一面刻蝕有金屬圖案510，另一面不刻蝕，作為全金屬底板530。金屬圖案510由4條指向中心的金屬線箭頭511和圓環(huán)形金屬線框512組成，4條指向中心的金屬線箭頭511頂端兩條短線511Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個十字形縫隙513，每條金屬線箭頭511尾端都與圓環(huán)形金屬線框512連接， 其中圓環(huán)形金屬線框512的周長為87 λ /100，金屬箭頭511頂端兩條短線511Β、中桿511Α 和金屬線框512的線寬均為λ/106，十字形縫隙513的寬度為λ/140，金屬箭頭511頂端兩條短線511Β的長度均為56 λ /500，并且兩條短線511Β不與金屬線框512接觸。每條金屬線箭頭511頂端兩條短線511Β與其中桿511Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例5參照圖5，本發(fā)明選用雙面覆銅的無機(jī)陶瓷介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/53。該基板的一面刻蝕有金屬圖案510，另一面不刻蝕，作為全金屬底板530。金屬圖案510由4條指向中心的金屬線箭頭511和圓環(huán)形金屬線框512組成，4 條指向中心的金屬線箭頭511頂端兩條短線511Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個十字形縫隙513，每條金屬線箭頭511尾端都與圓環(huán)形金屬線框512連接，其中圓環(huán)形金屬線框512的周長為86 λ /100，金屬箭頭511頂端兩條短線511Β、中桿511Α和金屬線框512的線寬均為λ/107，十字形縫隙513的寬度為λ/133，金屬箭頭511頂端兩條短線511B的長度均為56 λ /500，并且兩條短線511Β不與金屬線框512接觸。每條金屬線箭頭511頂端兩條短線511Β與其中桿511Α的夾角θ = 45°。實(shí)施例6參照圖5，本發(fā)明選用雙面覆銅的無機(jī)陶瓷介質(zhì)基板，根據(jù)吸波頻帶所對應(yīng)的波長，基板厚度選擇為λ/48。該基板的一面刻蝕有金屬圖案510，另一面不刻蝕，作為全金屬底板530。金屬圖案510由4條指向中心的金屬線箭頭511和周長為85 λ /100的圓環(huán)形金屬線框512組成，4條指向中心的金屬線箭頭511頂端的兩條長度均為55 λ /500的短線511Β形成對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該交叉結(jié)構(gòu)的中間設(shè)有一個寬度為λ/130的十字形縫隙 513，每條金屬線箭頭511頂端兩條短線511Β與其中桿511Α的夾角θ =45°，且每條金屬線箭頭511的尾端與圓環(huán)形金屬線框512連接，金屬箭頭511頂端兩條短線511Β、中桿 511Α和金屬線框512的線寬均為λ /110，并且兩條短線511Β不與金屬線框512接觸。本發(fā)明的效果可通過仿真結(jié)果進(jìn)一步說明圖6是本發(fā)明對實(shí)施例ι的吸波率仿真結(jié)果，其中吸波率定義為I-Is11I2-Is21I2,式中I S111為反射系數(shù)的模值，I S211為透射系數(shù)的模值，當(dāng)吸波率等于1時表示既無反射也無透射，即電磁波被全部吸收。從圖6中可看出，有兩個吸波頻帶，且兩個吸波峰值的吸波率都接近1，即電磁波的全吸收。圖7給出了本發(fā)明實(shí)施例1的吸波率隨入射波的極化角變化仿真結(jié)果，從圖7中可以看出本發(fā)明對任意極化角度的電磁波都有很好的吸收效果。圖8給出了本發(fā)明實(shí)施例1的吸波率隨入射波的入射角變化仿真結(jié)果，從圖8中可以看出在0-60度的范圍內(nèi)，入射角的變化對本發(fā)明的吸波率影響不大。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，包括介質(zhì)基板(220)，該基板的背面為全金屬底板(230)，正面為刻蝕的金屬圖案(210)，其特征在于金屬圖案(210)由4條指向中心的金屬線箭頭 (211)和正多邊形金屬線框(212)組成，正多邊形金屬線框的邊數(shù)為大于3的偶數(shù)；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線(211B)形成中間設(shè)有一個十字形縫隙(213)的對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該正多邊形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿(211A)尾端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于介質(zhì)基板(220)采用有機(jī)高分子聚合物基板或無機(jī)陶瓷基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于每條指向中心的金屬線箭頭頂端的兩條短線(211B)與中桿(211A)的夾角為θ，且θ =45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于介質(zhì)基板(220)厚度為 λ /68 λ /48。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于正多邊形金屬線框(212)周長為 80 λ/100 88 λ/100。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于金屬線箭頭(211)頂端兩條短線(211Β)、中桿(211Α)和正多邊形金屬線框(212)的線寬均為λ/120 λ/100。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于十字形縫隙(213)的寬度為 λ /180 λ /120。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于金屬箭頭(211)頂端兩條短線(211Β)的長度均為55 λ /500 57 λ /500。
9.一種結(jié)構(gòu)式吸波材料，包括介質(zhì)基板(520)，該基板的背面為全金屬底板(530)，正面為刻蝕的金屬圖案(510)，其特征在于金屬圖案(510)由4條指向中心的金屬線箭頭 (511)和圓環(huán)形金屬線框(512)組成，該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線(511Β)形成中間設(shè)有一個十字形縫隙(513)的對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，該圓環(huán)形金屬線框與每條金屬線箭頭的中桿(511Α)尾端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)式吸波材料，其特征在于每條指向中心的金屬線箭頭頂端的兩條短線(511Β)與中桿(511Α)的夾角為θ，且θ = 45° ；介質(zhì)基板(520)厚度為 λ/56 λ/48 ；圓環(huán)形金屬線框(512)周長為85 λ/100 87 λ/100 ；金屬線箭頭(511)頂端兩條短線(511Β)、中桿(511Α)和正多邊形金屬線框(512)的線寬均為λ/110 λ/106 ； 十字形縫隙(513)的寬度為λ/140 λ/130;金屬箭頭(511)頂端兩條短線(511Β)的長度均為 55 λ /500 56 λ /500。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)式吸波材料。主要解決現(xiàn)有技術(shù)只能吸收單一極化角度的電磁波、吸波入射角較窄并且只有一個吸波峰值點(diǎn)的缺點(diǎn)。它是由背面為全金屬底板(230)和正面為刻蝕的金屬圖案(210)的介質(zhì)基板(220)構(gòu)成，其中金屬圖案(210)由4條指向中心的金屬線箭頭(211)和邊數(shù)大于3的偶數(shù)的正多邊形金屬線框(212)或圓環(huán)形金屬線框(512)組成；該4條金屬線箭頭的頂端兩條短線(211B)形成中間設(shè)有一個十字形縫隙(213)的對稱十字交叉結(jié)構(gòu)，且每條金屬線箭頭的中桿(211A)尾端與金屬線框連接。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有可吸收任意極化角度的電磁波，展寬吸波入射角，并且有兩個吸波峰值點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H05K9/00GK102291969SQ20111010271
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者李龍, 楊陽 申請人:西安電子科技大學(xué)