一种交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体

1.本发明涉及电磁波吸收技术领域，特别是涉及一种交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体。


背景技术：

2.超材料是一类具有自然界没有的特殊性质的新型的亚波长人工复合结构或者复合材料。随着科技的发展，超材料的应用领域不断拓宽，其中，超材料吸波体作为超材料研究的一个重要应用，引起了广泛关注。目前，研究人员已经提出很多中吸波超材料，这些结构虽然在吸收中高频率电磁波时表现出了较好的吸收性能，但是对于低频率电磁波的吸收效率仍然很低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体，能够提高低频率电磁波的吸收效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种交指状阶梯谐振结构，包括：
6.依次连接的第一阶梯结构、交指结构和第二阶梯结构；
7.所述第一阶梯结构和所述第二阶梯结构均包括依次连接的多个阶梯单元；
8.所述第一阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向所述交指结构的方向依次降低；所述第二阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向所述交指结构的方向依次降低。
9.可选的，所述阶梯单元，具体包括；
10.第一垂直板、第一水平板、第二垂直板和第二水平板；
11.所述第一垂直板的第一端与所述第一水平板的第一端连接；
12.所述第一水平板的第二端与所述第二垂直板的第一端连接；所述第一垂直板和所述第二垂直板均垂直于所述第一水平板并与所述第一水平板的下表面连接；所述第一垂直板与所述第二垂直板平行；所述第一垂直板和所述第二垂直板的高度相等；
13.所述第二垂直板的第二端与所述第二水平板的第一端连接；所述第二水平板与所述第一水平板平行；
14.所述第一垂直板的第二端与所在阶梯单元的第一相邻阶梯单元中第二水平板的第二端连接；第一相邻阶梯单元为远离所述交指结构的相邻阶梯单元；
15.所述第二水平板的第二端与所在阶梯单元的第二相邻阶梯单元中第一垂直板的第二端连接；第二相邻阶梯单元为靠近所述交指结构的相邻阶梯单元。
16.可选的，所述交指结构，具体包括：
17.第三垂直板、第四垂直板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第一多凸起结构和第二多凸起结构；
18.所述第三垂直板的第一端和与第一末端阶梯单元的第二水平板的第二端连接；所
述第三垂直板的第二端与所述第三水平板的第一端连接；所述第一末端阶梯单元的第二水平板和所述第三水平板分别垂直连接于所述第三垂直板的第一平面和第二平面；所述第三垂直板的第一平面和第二平面平行；所述第一末端阶梯单元为第一阶梯结构中高度最低的阶梯单元；
19.所述第四垂直板的第一端和与第二末端阶梯单元的第二水平板的第二端连接；所述第四垂直板的第二端与所述第四水平板的第一端连接；所述第二末端阶梯单元的第二水平板和所述第四水平板分别垂直连接于所述第四垂直板的第一平面和第二平面；所述第四垂直板的第一平面和第二平面平行；所述第二末端阶梯单元为第二阶梯结构中高度最低的阶梯单元；所述第四垂直板和所述第三垂直板的高度相等；所述第四垂直板的长度小于所述第二末端阶梯单元的高度；
20.所述第三水平板的第二端与所述第一多凸起结构的第一端连接；所述第一多凸起结构的第二端与所述第五水平板的第一端连接；所述第五水平板的第二端与所述第二多凸起结构的第一端连接；所述第二多凸起结构的第二端与与所述第四水平板的第二端连接；
21.所述第一多凸起结构的凸起部套设在所述第二多凸起结构的凸起部上，形成交指部。
22.可选的，所述第一多凸起结构，具体包括：
23.第五垂直板、第六垂直板个多凸起部；
24.所述第五垂直板的第一端与所述第三水平板的第二端连接；所述第五垂直板和所述第三垂直板均垂直于所述第三水平板并与所述第三水平板的下表面连接；
25.所述第五垂直板的第二端与所述多凸起部的第一端连接；所述多凸起部的第二端与所述第六垂直板的第一端连接；所述第六垂直板的第二端与第五水平板的第一端连接；所述第五垂直板和所述第六垂直板同平面设置。
26.可选的，所述多凸起部，具体包括：
27.多个单凸起部和多个第七垂直板；
28.多个所述单凸起部的结构相同；相邻两个所述单凸起部通过所述第七垂直板的两端连接；
29.所述单凸起部，具体包括：
30.第八垂直板、第六水平板和第七水平板；
31.所述第六水平板的第一端和所述第七水平板的第一端分别与所述第八垂直板的两端连接；所述第六水平板和所述第七水平板垂直连接于所述第八垂直板的同一平面；所述第六水平板和所述第七水平板的长度相等；
32.首端单凸起部的第六水平板的第二端与第五垂直板的第二端连接；所述首端单凸起部为所述多凸起部中最靠近所述第三水平板的单凸起部；
33.末端单凸起部的第七水平板的第二端与第六垂直板的第一端连接；所述末端单凸起部为所述多凸起部中最远离所述第三水平板的单凸起部。
34.可选的，所述第一垂直板、所述第二垂直板、所述第三垂直板和所述第四垂直板的厚度均相等；
35.所述第一水平板和所述第二水平板的厚度相等；
36.所述第五垂直板、所述第六垂直板、所述第七垂直板、所述第八垂直板、所述第三
水平板、所述第四水平板、所述第五水平板、所述第六水平板和所述第七水平板的厚度均相等；
37.所述第一垂直板、所述第二垂直板、所述第三垂直板、所述第四垂直板、所述第五垂直板、所述第六垂直板、所述第七垂直板、所述第八垂直板、所述第一水平板、所述第二水平板、所述第三水平板、所述第四水平板、所述第五水平板、所述第六水平板和所述第七水平板的宽度均相等。
38.一种低频率电磁波的吸波体，包括：
39.多个吸收单元；
40.多个所述吸收单元的结构和尺寸均相同；多个所述吸收单元呈周期性连续排列；
41.所述吸收单元具体包括：
42.介质基板和如权利要求1
‑
6任一项所述的交指状阶梯谐振结构；
43.所述交指状阶梯谐振结构嵌设于所述介质基板内。
44.可选的，所述介质基板的底部覆盖有金属膜。
45.可选的，
46.所述金属膜的材料为铜；
47.所述介质基板的材料为光敏树脂；
48.所述交指状阶梯谐振结构的材料为导电银浆。
49.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
50.本发明提供了一种交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体，交指状阶梯谐振结构，包括：依次连接的第一阶梯结构、交指结构和第二阶梯结构；第一阶梯结构和第二阶梯结构均包括依次连接的多个阶梯单元；第一阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向交指结构的方向依次降低；第二阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向交指结构的方向依次降低。本发明通过设置交指状阶梯谐振结构，能够提高低频率电磁波的吸收效率。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明实施例中交指状阶梯谐振结构示意图；
53.图2为本发明实施例中吸收单元的结构示意图；
54.图3为本发明实施例中吸波单元的俯视图；
55.图4为本发明实施例中吸波单元的主视图；
56.图5为本发明实施例中吸波体对水平入射的电磁波的吸收率示意图；
57.图6为本发明实施例中吸波体对入射角为60
°
的电磁波的吸收率示意图；
58.图7为本发明实施例中吸波体对入射角为80
°
的电磁波的吸收率示意图；
59.图8为本发明实施例中吸波体对入射角为85
°
的电磁波的吸收率示意图；
60.附图说明：1
‑
介质基板；2
‑
交指状阶梯谐振结构；3
‑
金属膜。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.本发明的目的是提供一种交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体，能够提高低频率电磁波的吸收效率。
63.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
64.图1为本发明实施例中交指状阶梯谐振结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种交指状阶梯谐振结构，包括：
65.依次连接的第一阶梯结构、交指结构和第二阶梯结构；
66.第一阶梯结构和第二阶梯结构均包括依次连接的多个阶梯单元；
67.第一阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向交指结构的方向依次降低；第二阶梯结构中多个阶梯单元的高度沿指向交指结构的方向依次降低。
68.阶梯单元，具体包括；
69.第一垂直板、第一水平板、第二垂直板和第二水平板；
70.第一垂直板的第一端与第一水平板的第一端连接；
71.第一水平板的第二端与第二垂直板的第一端连接；第一垂直板和第二垂直板均垂直于第一水平板并与第一水平板的下表面连接；第一垂直板与第二垂直板平行；第一垂直板和第二垂直板的高度相等；
72.第二垂直板的第二端与第二水平板的第一端连接；第二水平板与第一水平板平行；
73.第一垂直板的第二端与所在阶梯单元的第一相邻阶梯单元中第二水平板的第二端连接；第一相邻阶梯单元为远离交指结构的相邻阶梯单元；
74.第二水平板的第二端与所在阶梯单元的第二相邻阶梯单元中第一垂直板的第二端连接；第二相邻阶梯单元为靠近交指结构的相邻阶梯单元。
75.交指结构，具体包括：
76.第三垂直板、第四垂直板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第一多凸起结构和第二多凸起结构；
77.第三垂直板的第一端和与第一末端阶梯单元的第二水平板的第二端连接；第三垂直板的第二端与第三水平板的第一端连接；第一末端阶梯单元的第二水平板和第三水平板分别垂直连接于第三垂直板的第一平面和第二平面；第三垂直板的第一平面和第二平面平行；第一末端阶梯单元为第一阶梯结构中高度最低的阶梯单元；
78.第四垂直板的第一端和与第二末端阶梯单元的第二水平板的第二端连接；第四垂直板的第二端与第四水平板的第一端连接；第二末端阶梯单元的第二水平板和第四水平板分别垂直连接于第四垂直板的第一平面和第二平面；第四垂直板的第一平面和第二平面平行；第二末端阶梯单元为第二阶梯结构中高度最低的阶梯单元；第四垂直板和第三垂直板的高度相等；第四垂直板的长度小于第二末端阶梯单元的高度；
79.第三水平板的第二端与第一多凸起结构的第一端连接；第一多凸起结构的第二端与第五水平板的第一端连接；第五水平板的第二端与第二多凸起结构的第一端连接；第二多凸起结构的第二端与与第四水平板的第二端连接；
80.第一多凸起结构的凸起部套设在第二多凸起结构的凸起部上，形成交指部。
81.第一多凸起结构，具体包括：
82.第五垂直板、第六垂直板个多凸起部；
83.第五垂直板的第一端与第三水平板的第二端连接；第五垂直板和第三垂直板均垂直于第三水平板并与第三水平板的下表面连接；
84.第五垂直板的第二端与多凸起部的第一端连接；多凸起部的第二端与第六垂直板的第一端连接；第六垂直板的第二端与第五水平板的第一端连接；第五垂直板和第六垂直板同平面设置。
85.多凸起部，具体包括：
86.多个单凸起部和多个第七垂直板；
87.多个单凸起部的结构相同；相邻两个单凸起部通过第七垂直板的两端连接；
88.单凸起部，具体包括：
89.第八垂直板、第六水平板和第七水平板；
90.第六水平板的第一端和第七水平板的第一端分别与第八垂直板的两端连接；第六水平板和第七水平板垂直连接于第八垂直板的同一平面；第六水平板和第七水平板的长度相等；
91.首端单凸起部的第六水平板的第二端与第五垂直板的第二端连接；首端单凸起部为多凸起部中最靠近第三水平板的单凸起部；
92.末端单凸起部的第七水平板的第二端与第六垂直板的第一端连接；末端单凸起部为多凸起部中最远离第三水平板的单凸起部。
93.具体的，第二多凸起结构的结构与第一多凸起结构相似；不同点在于，第一多凸起结构中的第八垂直板的长度大于第二多凸起结构中的第八垂直板的长度；第一多凸起结构中的第五垂直板的长度小于第二多凸起结构中的第五垂直板的长度；第一多凸起结构中的第六垂直板的长度小于第二多凸起结构中的第六垂直板的长度。此处对于第二多凸起结构中的其他部分均与第一多凸起结构相同，此处不做展开描述。
94.具体的，第一垂直板、第二垂直板、第三垂直板和第四垂直板的厚度均相等；
95.第一水平板和第二水平板的厚度相等；
96.第五垂直板、第六垂直板、第七垂直板、第八垂直板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第六水平板和第七水平板的厚度均相等；
97.第一垂直板、第二垂直板、第三垂直板、第四垂直板、第五垂直板、第六垂直板、第七垂直板、第八垂直板、第一水平板、第二水平板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第六水平板和第七水平板的宽度均相等。
98.图2为本发明实施例中吸收单元的结构示意图；图3为本发明实施例中吸波单元的俯视图；图4为本发明实施例中吸波单元的主视图；如图2
‑
4所示，本发明提供了一种低频率电磁波的吸波体，包括：
99.多个吸收单元；
100.多个吸收单元的结构和尺寸均相同；多个吸收单元呈周期性连续排列；
101.吸收单元具体包括：
102.介质基板1和交指状阶梯谐振结构2；
103.交指状阶梯谐振结构2嵌设于介质基板1内。
104.具体的，介质基板的底部覆盖有金属膜。金属膜的材料为铜。
105.介质基板的材料为光敏树脂，介质基板的介电常数为2.9，损耗角正切值为0.02；
106.交指状阶梯谐振结构的材料为导电银浆；导电系数为5.88
×
105s/m。
107.介质基板底面为正方形，厚度为h＝3.9mm，正方形边长为p＝7mm；交指状阶梯谐振结构到介质基板的底面的距离h1＝0.6mm；交指状阶梯谐振结构到介质基板的顶面的距离h3＝0.6mm；第五垂直板和第六垂直板的长度h2＝2mm；具体交指结构距离最远的阶梯单元得高度为h4＝3.2mm；交指结构的宽度为d＝2.5mm；第一水平板和第二水平板的厚度d1＝0.036mm；第一垂直板、第二垂直板、第三垂直板和第四垂直板的厚度d2＝0.072mm；第五垂直板、第六垂直板、第七垂直板、第八垂直板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第六水平板和第七水平板的厚度d3＝0.05mm；第三水平板的长度d4＝1.4mm；第四水平板的长度d5＝1.05mm；交指结构长度的一半d6＝1.25mm；交指状阶梯谐振结构到介质基板中侧面(该侧面与交指状阶梯谐振结构垂直且距离交指状阶梯谐振结构最近)的距离d7＝0.074mm；第三垂直板与第八垂直板的距离d8＝0.278mm；第一水平板和第二水平板的长度d9＝0.344mm；第一垂直板与第二垂直板的距离a＝0.2mm；第一垂直板、第二垂直板、第三垂直板、第四垂直板、第五垂直板、第六垂直板、第七垂直板、第八垂直板、第一水平板、第二水平板、第三水平板、第四水平板、第五水平板、第六水平板和第七水平板的宽度b；相邻阶梯单元的高度差c＝0.3mm；第八垂直板到交指状阶梯谐振结构中点的距离为e；第三水平板到第一多凸起结构中首端单凸起部的第六水平板的距离为t1；金属膜的厚度为t2。
108.其中：d＝d4+d5+d3
109.d6＝d/2
110.d4＝d/2+3*d3
111.d5＝d/2
‑
4*d3
112.d9＝a+2*d2
113.h4＝h2+4*c
114.图5为本发明实施例中吸波体对水平入射的电磁波的吸收率示意图；如图5所示，本发明提供的交指状阶梯谐振结构及低频率电磁波的吸波体，在0到5ghz的低频段内出现了一个吸收峰，且吸收效率在90％以上。
115.图6为本发明实施例中吸波体对入射角为60
°
的电磁波的吸收率示意图；图7为本发明实施例中吸波体对入射角为80
°
的电磁波的吸收率示意图；图8为本发明实施例中吸波体对入射角为85
°
的电磁波的吸收率示意图其中，图5
‑
8中的横坐标均为电磁波频率，纵坐标均为电磁波吸收率；如图6
‑
8所示，本发明在对以60
°
、80
°
和85
°
等大入射角入射角入射的电磁波均具有很好的吸收效果，即使入射角为85
°
入射时，吸收率仍然可以达到90％以上。
116.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。
117.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。