基于高阻抗表面实现的多频带吸波器的制作方法

本发明涉及一种基于高阻抗表面实现的多频带吸波器，属于超材料吸波器设计的技术领域。

背景技术：

高阻抗表面是一种电磁带隙结构，在一定的频带内具有极高的表面阻抗，能够使入射的电磁波几乎同向反射，这一特性与理想磁导体近似。在高阻抗表面加一层377欧姆的电阻膜，则可以实现特征频率处的吸波。高阻抗表面具有同向反射和表面波抑制特性，在波导、天线及rcs缩减等方面得到了广泛的应用。

现阶段大多通过不同尺寸相同图案的结构组阵成复合结构以实现多频带，但用这种方式，组阵后的单元尺寸往往较大。所以要想实现多频吸波且单元尺寸小、厚度薄，是较困难的。

技术实现要素：

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种基于高阻抗表面实现的多频带吸波器，在厚度薄单元尺寸小的前提下实现高阻抗表面多个特征频率以实现多频吸波。主要目标是实现厚度薄、多频带、极化不敏感的吸波器。

技术方案：本发明是一种基于高阻抗表面实现的多频带吸波器，该吸波器采用五层结构，所述吸波器下面三层构成高阻抗表面，所述高阻抗表面包括介质基板和紧贴于介质基板下表面的金属板，还包括位于介质基板上表面的周期表面金属结构；所述吸波器上面两层包括位于高阻抗表面上方的介质隔离层和位于介质隔离层上表面的电阻薄膜。

其中：

所述表面金属结构是在方形金属上开缝得到，通过在所述高阻抗表面的周期金属结构上开缝得到多个特征频率，通过改变缝的位置和尺寸可以对高阻抗表面的特征频率进行调节，从而实现对吸波器频段的调节。

所述表面金属结构是在方形金属上开缝得到，缝的形状为耶路撒冷十字结构。

所述表面金属图案是在方形金属上开缝得到，缝的形状为四个长方条形，所述四个长方条形的缝大小相同，位置完全对称，每个缝都与方形金属的四边平行。

所述的介质基板所用材料为fr4，底层金属板和表面周期金属结构都为铜箔，厚度为0.02±0.005mm，介质隔离层为泡沫，电阻薄膜为377方阻的电阻膜。

该吸波器的吸收率计算公式为a(ω)＝1-r(ω)，其中，r(ω)为吸波器输入反射系数的模值的平方,ω为频率。

有益效果：

1、本发明的基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器，创新性地提出在高阻抗表面的方形金属上开缝，以实现多个特征频率。

2、本发明的两款基于高阻抗表面实现的吸波器，除了能实现多频带吸波，还实现了x频带和ku频带的宽带吸波。

3、本发明的两款吸波器厚度薄，且单元尺寸小。

4、本发明的两款吸波器所用材料均为常规材料，较易实现。

附图说明

图1为本发明中基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器的整体结构示意图，

图2为开耶路撒冷形缝的方形周期表面金属图案示意图，

图3为实施例1中高阻抗表面的输入阻抗虚部图，

图4为实施例1的吸波率图，

图5为开四个长方条形缝的方形周期表面金属图案示意图，

图6为实施例2中高阻抗表面的输入阻抗虚部图，

图7为实施例2的吸波率图。

图中有：介质基板1，金属板2，周期金属结构3，介质隔离层4，电阻薄膜5。

具体实施方式

本发明的一种基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器，吸波器采用五层结构，所述吸波器下面三层构成高阻抗表面，所述高阻抗表面包括介质基板1和紧贴于介质基板1下表面的金属板2，还包括位于介质基板1上表面的周期表面金属结构3，所述表面金属图案3是在方形金属上开缝得到。所述方形图案周期排列时的高阻抗表面具有最优的特征带宽，所以在方形金属表面开缝以实现多频带，通过改变缝的位置和尺寸可以对高阻抗表面的特征频率进行调节，从而实现对吸波器频段的调节。

所述吸波器上面两层包括位于高阻抗表面上方的介质隔离层4和位于介质隔离层4上表面的电阻薄膜5，介质隔离层4为泡沫，电阻薄膜5为377方阻的电阻膜。高阻抗表面在特征频率处阻抗较大，377方阻的表面电阻薄膜5使得吸波器在特征频率处的等效阻抗与自由空间匹配，从而实现吸波效果。

优选地，通过缝的图案的不同，设计了两款不同的高阻抗表面，一款缝的形状为耶路撒冷十字结构。一款为四个长方条形，所述四个长方条形的缝大小相同，位置完全对称，每个缝都与方形金属的四边平行。

优选地，所述介质基板1所用介质材料为fr4，底层金属板2和表面周期金属结构3都为铜，厚度为0.02mm，吸波器的吸收率计算公式一般为：a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)，这里因为底层为金属板2，则没有波透过，透射率为零，本发明中的吸波率计算公式为a(ω)＝1-r(ω)。

如图1所示，本发明基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器，吸波器采用五层结构，所述吸波器下面三层构成高阻抗表面，所述高阻抗表面包括介质基板1和紧贴于介质基板1下表面的金属板2，还包括位于介质基板1上表面的周期表面金属结构3，所述表面金属结构3是在方形金属上开缝得到，所述方形图案的高阻抗表面具有最优的特征带宽，所以在方形金属表面开缝以实现多频带，通过改变缝的位置和尺寸可以对高阻抗表面的特征频率进行调节，从而实现对吸波器频段的调节。

所述吸波器上面两层包括位于高阻抗表面上方的介质隔离层4和位于介质隔离层4上表面的电阻薄膜5，介质隔离层4所用材料为泡沫，电阻薄膜5为377方阻的电阻膜。高阻抗表面在特征频率处阻抗较大，377方阻的表面电阻薄膜5使得吸波器在特征频率处的等效阻抗与自由空间匹配，从而实现吸波效果。

通过缝的图案的不同，设计了两款不同的高阻抗表面。如图2所示，一款缝的形状为耶路撒冷十字结构。如图5所示，一款为四个长方条形，所述四个长方条形的缝大小相同，位置完全对称，每个缝都与方形金属的四边平行。

优选地，所述介质基板1所用介质材料为fr4，底层金属板2和表面周期金属结构3都为铜，厚度为0.02mm，吸波器的吸收率计算公式一般为：a(ω)＝1-r(ω)-t(ω)，这里因为底层为金属板2，则没有波透过，透射率为零，本发明中的吸波率计算公式为a(ω)＝1-r(ω)。

下面根据权利要求所包含的内容举例说明。

实施例1：

一种基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器采用五层结构，如图1所示。开缝后的高阻抗表面的单元结构如图2所示，高阻抗表面的介质基板所用材料为fr4，厚度为1.2mm，单元尺寸为16mm*16mm。底层金属板和表面周期金属结构都为铜，厚度为0.02mm。表面周期金属图案方形金属边长15.5mm，所开缝的位置完全对称，耶路撒冷形缝的两对边长方形外边相距13mm，外边长方形长为8mm，缝宽为0.5mm。高阻抗表面上方的介质隔离层所用材料为泡沫，厚度为6mm，介质隔离层上方为电阻薄膜，方阻为377方阻。

本实例中的基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器是在电磁仿真软件hfss.13建模仿真得出，图3是本实例中的高阻抗表面的输入阻抗虚部图，图4是本实例中的吸波率曲线图，从图4中可以看出，吸波器在5.33ghz-6.12ghz，8.34ghz-17.32ghz实现0.9以上的吸波率，且在2.09ghz有0.8202的吸波率。该吸波器实现多频带、宽带吸波性能。

实施例2：

一种基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器采用五层结构，如图1所示。开缝后的高阻抗表面的单元结构如图5所示，高阻抗表面的介质基板所用材料为fr4，厚度为1.4mm，单元尺寸为14mm*14mm。底层金属板和表面周期金属结构都为铜，厚度为0.02mm。表面周期金属图案方形金属边长13mm，所开缝为四个长方条形，所述四个长方条形的缝大小相同，位置完全对称，每个缝都与方形金属的四边平行，长方形缝的长为7mm，两对边的长方形外边相距11mm，长方形缝宽为0.5mm。高阻抗表面上方的介质隔离层所用材料为泡沫，厚度为5mm，介质隔离层上方为电阻薄膜，方阻为377方阻。

本实例中的基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器是在电磁仿真软件hfss.13建模仿真得出，图6时本实例中的高阻抗表面的输入阻抗虚部图，图7是本实例中的吸波率曲线图，从图7中可以看出，吸波器在3.56ghz-3.88ghz，9.58ghz-20.53ghz实现0.9以上的吸波率，该吸波器实现多频带、宽带吸波性能。

综上所述，本发明基于高阻抗表面实现多频带吸波效果的吸波器通过在高阻抗表面的方形金属上开缝得到，实现多频带、宽带吸波性能，且吸波器厚度薄，单元尺寸小，益于应用在工程实践中。