一种多层高性能超宽带吸波结构

本发明涉及电磁吸波，尤其涉及一种多层高性能超宽带吸波结构。

背景技术：

1、近几十年来，随着商用无线通信和高频设备的快速发展、智能家居等电子设备的不断普及和推广，电磁辐射已经成为新的社会问题。一方面，工作频段近似频段电子设备之间的电磁辐射造成的电磁干扰会导致信号断联、信号减弱等故障。另一方面，长期的强电磁辐射，将对人体造成严重的损害。因此，当前对电磁辐射的消除有着迫切需求。

2、目前，常用的电磁防护技术主要分为屏蔽技术和吸波技术。其中，吸波技术能够将电磁能量损耗，避免了能量的二次污染，故在多信号源信息系统等领域中被视为更为理想的技术路线。其中，基于二维超表面的超材料吸波体，作为吸波技术中的一个新的分支，受益于其高度可设计性以及潜在广泛的应用场景而得到了广泛的重视和研究。

3、然而，必须注意的是，现有的超表面吸波体的性能通常集中在“深”，但是不能兼备窄的吸收尖峰和“宽”的-10db吸收频带两方面的性能上，且通常不考虑大角度斜入射性能，即不能同时满足“深”“宽”和“大角度”的应用需求。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种多层高性能超宽带吸波结构，通过设置多层结构，使得入射电磁波在多层界面之间反射形成谐振损耗，从而起到在超宽带范围内实现反射率低于-20db，能够在60°斜入射时保持超宽带-10db吸波性能，在目标rcs减缩、电磁兼容、信号屏蔽等领域具有广阔的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多层高性能超宽带吸波结构，包括密铺的多个呈六面体结构的吸波单元，每个吸波单元均包括由上到下依次设置的蒙皮保护层、第一支撑介质层、第一电磁超表面、第一电磁超表面衬底、第二支撑介质层、第二电磁超表面、第二电磁超表面衬底、第三支撑介质层和金属背板；

3、蒙皮保护层的介电常数大于第一介质支撑层的介电常数；

4、第一电磁超表面包括正六边形环和加载在正六边形环每条边中点上的第一电阻；

5、第二电磁超表面包括片式环和第二电阻，片式环包括分别对应正六边形环每条边布置的六个无缝类梯形片和设置于相邻两个无缝类梯形片之间的有缝类梯形片，相邻有缝类梯形片和无缝类梯形片之间设置有第二电阻。

6、优选的，正六边形环的边长为3.0mm～8.0mm，每条边的宽度为0.1mm～1.0mm；

7、正六边形环上用于加载第一电阻的缝隙为0.1mm～1.2mm；第一电阻的阻值为300ω～800ω。

8、优选的，正六边形环经喷印、电化学腐蚀、机械雕刻或磁控溅射的方式制备于第一电磁超表面的衬底上。

9、优选的，片式环用于加载第二电阻的缝隙为0.1mm～1.2mm；第二电阻的阻值为20ω～200ω；

10、无缝类梯形片和有缝类梯形片之间的距离为0.1mm～1.0mm。

11、优选的，无缝类梯形片包括无缝内侧等腰梯形和无缝外侧矩形，无缝内侧等腰梯形的下底长度为2.0mm～5.0mm、上底长度为0.3mm～2.0mm、腰长为0.5～2.5mm；

12、无缝外侧矩形的长度与无缝内侧等腰梯形的下底长度相同、宽度为0.1mm～1.0mm。

13、优选的，有缝类梯形片包括有缝外侧等腰梯形和有缝内侧矩形，有缝外侧等腰梯形的外侧开设有矩形缝隙；

14、有缝外侧等腰梯形的下底长度为1.0mm～5.0mm、上底长度为0.3mm～2.0mm、腰长为1.2mm～1.6mm；

15、有缝内侧矩形的长度与有缝外侧等腰梯形的下底长度相同、宽度为0.1mm～1.0mm；

16、矩形缝隙的长度为0.1mm～1.5mm、宽度为0.1mm～1.0mm。

17、优选的，无缝内侧等腰梯形的斜边与有缝等腰梯形的斜边平行，且两者之间设置有第二电阻。

18、优选的，正六边形环和片式环的材质均为金、银、铜中的一种；

19、第一电阻和第二电阻均为集总贴片电阻元件或者通过磁控溅射、丝网印刷、喷印中的一种或任意组合的方式获得的等效电阻。

20、优选的，蒙皮保护层的厚度为0.1mm～2.0mm；

21、第一支撑介质层的相对介电常数在1.0～5.0之间，其厚度为1.0mm～5.0mm；

22、第一电磁超表面衬底为pi膜、pen膜、fr4板、f4b板中的一种，其厚度为0.02mm～1.0mm；

23、第二支撑介质层的相对介电常数在1.0～5.00之间，其厚度为2.0mm～6.0mm；

24、第二电磁超表衬底为pi膜、pen膜、fr4板、f4b板中的一种，其厚度为0.1mm～1.0mm；

25、第三支撑介质层的相对介电常数在1.0～5.0之间，其厚度为其波长的四分之一，其厚度为4.0mm～10.0mm；

26、第一支撑介质层、第二支撑介质层和第三支撑介质层的材质均为pmi泡沫材料。

27、优选的，蒙皮保护层、第一支撑介质层、第一电磁超表面、第一电磁超表面衬底、第二支撑介质层、第二电磁超表面、第二电磁超表衬底、第三支撑介质层和金属背板之间经真空热压制成吸波单元。

28、本发明具有以下有益效果：

29、1.设置蒙皮保护层具有以下优点：(1)提高整体结构的环境适应性；(2)能够在宽带范围内实现0～3％左右的吸收增强；(3)在斜入射状态下可以提高阻抗匹配，提高吸波体的斜入射性能稳定性。

30、2.第一电磁超表面的设置，使其在15ghz–24ghz具有明显的吸收作用，在3ghz–14ghz有一定的吸收补偿作用，同时具备良好的斜入射稳定性能。

31、3.第二电磁超表面的设置，使其在4ghz–18ghz具有明显的吸收作用，在14ghz–24ghz有一定的吸收补偿作用，同时具备良好的斜入射稳定性能。

32、4.第一支撑介质层、第二支撑介质层和第三支撑介质层的介电常数接近空气，可视为无损介质层。

33、5.第一支撑介质层、第二支撑介质层与蒙皮保护层可用于优化中频吸收性能；同时，第一支撑介质层、第二支撑介质层、第三支撑介质层与蒙皮层影响低频吸收补偿状态。

34、6.第三支撑介质层采用四分之一波长原理设计，便于增强电磁超表面ⅰ中心频率两侧的吸收性能，尽可能在宽带范围实现最大损耗。

35、7.金属背板仅作为电磁波反射板，反射电磁波，使其在第一电磁超表面、第二电磁超表面之间和蒙皮保护层之间实现干涉增强。

36、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种多层高性能超宽带吸波结构，包括密铺的多个呈六面体结构的吸波单元，其特征在于：每个吸波单元均包括由上到下依次设置的蒙皮保护层、第一支撑介质层、第一电磁超表面、第一电磁超表面衬底、第二支撑介质层、第二电磁超表面、第二电磁超表面衬底、第三支撑介质层和金属背板；

2.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：正六边形环的边长为3.0mm～8.0mm，每条边的宽度为0.1mm～1.0mm；

3.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：正六边形环经喷印、电化学腐蚀、机械雕刻或磁控溅射的方式制备于第一电磁超表面的衬底上。

4.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：片式环用于加载第二电阻的缝隙为0.1mm～1.2mm；第二电阻的阻值为20ω～200ω；

5.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：无缝类梯形片包括无缝内侧等腰梯形和无缝外侧矩形，无缝内侧等腰梯形的下底长度为2.0mm～5.0mm、上底长度为0.3mm～2.0mm、腰长为0.5～2.5mm；

6.根据权利要求5所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：有缝类梯形片包括有缝外侧等腰梯形和有缝内侧矩形，有缝外侧等腰梯形的外侧开设有矩形缝隙；

7.根据权利要求6所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：无缝内侧等腰梯形的斜边与有缝等腰梯形的斜边平行，且两者之间设置有第二电阻。

8.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：正六边形环和片式环的材质均为金、银、铜中的一种；

9.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：蒙皮保护层的厚度为0.1mm～2.0mm；

10.根据权利要求1所述的一种多层高性能超宽带吸波结构，其特征在于：蒙皮保护层、第一支撑介质层、第一电磁超表面、第一电磁超表面衬底、第二支撑介质层、第二电磁超表面、第二电磁超表衬底、第三支撑介质层和金属背板之间经真空热压制成吸波单元。

技术总结
本发明公开了一种多层高性能超宽带吸波结构，包括密铺的多个呈六面体结构的吸波单元，每个吸波单元均包括由上到下依次设置的蒙皮保护层、第一支撑介质层、第一电磁超表面、第一电磁超表面衬底、第二支撑介质层、第二电磁超表面、第二电磁超表面衬底、第三支撑介质层和金属背板；蒙皮保护层的介电常数大于第一介质支撑层的介电常数。本发明采用上述结构的一种多层高性能超宽带吸波结构，通过设置多层结构，使得入射电磁波在多层界面之间反射形成谐振损耗，从而起到在超宽带范围内实现反射率低于‑20dB，能够在60°斜入射时保持超宽带‑10dB吸波性能。

技术研发人员：麻晢乂培,姜超,徐艺佳,刘娟
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13