一种宽带集总电阻FSS吸波体的制作方法

本发明涉及电磁吸波，具体地说，涉及一种宽带集总电阻fss吸波体。

背景技术：

1、随着5g/6g无线技术的迅猛发展对电磁吸波材料提出了极大的需求。理想的吸波结构应具有全频段覆盖、全角度覆盖以及轻薄的特点，但实际工程应用中很难同时满足这些要求。因此，吸波结构通常以宽带、高角度稳定性和轻薄作为主要指标，但同时实现这三个指标十分困难。rozanov的研究指出非磁性材料吸波体在给定频段存在一个理论极限厚度，即rozanov极限厚度。这意味着，在给定频段和吸波率条件下，吸波体的最小厚度不会低于该极限厚度。因此吸波体的设计不再追求完美实现某一个性能，而是根据实际工程应用需求对吸波结构的带宽、角度稳定性和厚度进行全面权衡。

2、常用的电磁吸波材料包括基于电介质损耗的吸波材料、基于磁介质损耗的吸波材料和电路模拟吸波体。基于磁介质损耗的吸波材料由于高磁导率可有效降低整体厚度，但该类材料多为羟基铁，导致吸波材料重。在电路模拟吸波体中，频率选择表面吸波体相比于传统的salisbury屏和jaumann屏，工作频带宽且厚度相对薄，已被广泛应用于天线、雷达罩、隐身结构和电磁干扰抑制等领域。

3、频率选择表面(frequency selective surface,fss)是一种人工电磁周期结构，根据单元结构的不同，可反射、传输或吸收入射电磁波。频率选择表面吸波体分为电阻膜fss吸波体和集总电阻fss吸波体两大类。电阻膜fss在制造时存在难以控制方阻精度、均匀性较差等问题，从而使得加工后的fss吸波体性能与设计仿真结果存在差异，须在仿真设计期间就要充分考虑fss吸波体结构设计，预防加工时方阻扰动对吸波性能的影响。集总电阻fss吸波体采用印制电路板(printed circuit board,pcb)技术制备金属fss单元结构，将具有一定阻值的贴片电阻焊接在金属fss结构的优选位置上，确保各设计参数能被准确控制，从而对照射到fss吸波结构上的电磁波进行有效吸收。宽带fss吸波体可与带通fss结构相结合用于电磁波吸透一体化结构设计中。相比于电阻膜fss吸波体，集总电阻fss损耗层更容易在通带内降低插损，因此具有更广泛的应用领域。

4、电磁波照射到集总电阻fss吸波体时，在fss层感应电流，流过集总电阻产生损耗。因此，对于宽带fss吸波体，需要整个带宽范围内都能在fss结构上产生感应电流、且电流最大值流过集总电阻。采用多个电阻(如每个单元中8个甚至16个电阻)分布在同层fss单元结构的不同位置或多层fss结构上，无疑都将降低宽带集总电阻fss吸波体的设计难度。而这恰恰是当前技术通常采用的方法，如申请号为“202210009079.9”，专利名称为“一种用于天线rcs缩减的超宽带吸波结构的中国发明专利，该吸波体的有耗fss采用加载8个集总电阻的双金属圆环使得结构实现宽带吸收，但结构的角度稳定性仅为30°，且厚度不具优势。专利申请号为“202110649689.0”，专利名称为“一种对称g型弯折结构的超宽带吸波体”的中国发明专利，该吸波体在fr-4介质衬底的上下表面分别印刷集总电阻fss，上表面fss为加载四个电阻的复杂g型弯折金属线，下表面为加载八个电阻的金属方环，利用多层fss损耗层级联实现宽带效果，但其fss层结构复杂且单元电阻数量较多。为了抑制栅瓣出现，提高电磁波入射角度稳定性，fss单元周期通常小于二分之一波长。小型化周期也可满足工程实际应用中，在有限区域上排列的足够周期数，以确保fss结构性能不发生变化。但在尺寸有限的单元区域内，fss单元结构越复杂，其上焊接的贴片电阻数量越多，则相邻金属结构和电阻间距越小，这不仅要求更高的加工精度，同时也提高了加工和后期运维成本。

技术实现思路

1、本发明针对现有的电池吸波结构不能同时权衡吸波结构的带宽、角度稳定性和厚度的问题，提出一种宽带集总电阻fss吸波体，包括依次连接的介质匹配层、第一空气间隔层、集总电阻fss损耗层、介质衬底层、第二空气间隔层和金属反射板；其中集总电阻fss损耗层包括四个交叉连接的金属fss结构；金属fss结构包括设置在一端的圆形金属结构和设置在另一端的条形金属结构；且在四个条形金属结构上均设置有间隙用于焊接集总电阻，仅设置一层损耗层且每层仅设置4个集总电阻，结构简单且在带宽和角度稳定性上具有更好的优越性。

2、本发明具体实现内容如下：

3、一种宽带集总电阻fss吸波体，包括多个正方体结构层；所述多个正方体结构层包括上至下依次连接的介质匹配层、第一空气间隔层、集总电阻fss损耗层、介质衬底层、第二空气间隔层和金属反射板；

4、所述集总电阻fss损耗层包括四个交叉连接的金属fss结构；

5、所述金属fss结构包括设置在一端的圆形金属结构和设置在另一端的条形金属结构；

6、四个所述条形金属结构上均设置有间隙，且四个所述条形金属结构不与所述圆形金属结构连接的一端相互垂直连接；

7、所述间隙用于焊接集总电阻。

8、为了更好地实现本发明，进一步地，所述宽带集总电阻fss吸波体还包括方环电阻膜；所述方环电阻膜设置在所述介质匹配层和所述第一空气间隔层之间。

9、为了更好地实现本发明，进一步地，所述介质匹配层和所述介质衬底层的介质材料为fr-4介质材料、聚四氟乙烯、f4b板或罗杰斯板材。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，所述第一空气间隔层和所述第二空气间隔层为介电常数为1.06的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫或其他与空气介电常数相近的泡沫材料。

11、为了更好地实现本发明，进一步地，所述圆形金属结构为金属圆环结构或金属开孔环结构。

12、为了更好地实现本发明，进一步地，所述集总电阻为高频贴片电阻。

13、为了更好地实现本发明，进一步地，所述圆形金属结构的半径r为0.9mm。

14、为了更好地实现本发明，进一步地，所述条形金属结构的宽度w为0.5mm。

15、为了更好地实现本发明，进一步地，所述间隙的长度s为0.5mm。

16、本发明具有以下有益效果：

17、(1)本发明设置的吸波体结构简单、集总电阻数量少；实现了c波段至k波段90％电磁吸波率，且对入射波的极化方式不敏感、入射角度稳定性达到45°。该吸波结构仅使用一层fss损耗层，且每个单元仅使用4个电阻，其性能相比于现有每个单元加载4个集总电阻、甚至多个电阻的吸波体，在带宽和角度稳定性上更具优越性。

18、(2)本发明的将金属fss结构设置为对称结构，提高了入射电磁波的极化稳定性。

19、(3)本发明通过在介质匹配层底部设置方环电阻膜得到的fss结构，相比于现有结构，其80％吸波带宽从4.8-23.0ghz相对带宽为130.9％；提升到4.5-25.3ghz相对带宽为139.6％。

技术特征：

1.一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，包括多个正方体结构层；所述多个正方体结构层包括上至下依次连接的介质匹配层(1)、第一空气间隔层(2)、集总电阻fss损耗层(3)、介质衬底层(4)、第二空气间隔层(5)和金属反射板(6)；

2.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述宽带集总电阻fss吸波体还包括方环电阻膜(10)；所述方环电阻膜(10)设置在所述介质匹配层(1)和所述第一空气间隔层(2)之间。

3.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述介质匹配层(1)和所述介质衬底层(4)的介质材料为fr-4介质材料、聚四氟乙烯、f4b板或罗杰斯板材。

4.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述第一空气间隔层(2)和所述第二空气间隔层(5)为与空气介电常数相近的泡沫材料。

5.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述圆形金属结构(8)为金属圆环结构或金属开孔环结构。

6.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述集总电阻(7)为高频贴片电阻。

7.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述圆形金属结构(8)的半径r为0.9mm。

8.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述条形金属结构(9)的宽度w为0.5mm。

9.根据权利要求1所述的一种宽带集总电阻fss吸波体，其特征在于，所述间隙的长度s为0.5mm。

技术总结
本发明涉及电磁吸波技术领域，具体地说，涉及一种一种宽带集总电阻FSS吸波体，包括依次连接的介质匹配层、第一空气间隔层、集总电阻FSS损耗层、介质衬底层、第二空气间隔层和金属反射板；其中集总电阻FSS损耗层包括四个交叉连接的金属FSS结构；金属FSS结构包括设置在一端的圆形金属结构和设置在另一端的条形金属结构；且在四个条形金属结构上均设置有间隙用于焊接集总电阻，仅设置一层损耗层且每层仅设置4个集总电阻，结构简单且在带宽和角度稳定性上具有更好的优越性。

技术研发人员：王东俊,张袁,陈希翔,高鹏,张喜,唐志,肖菊飞
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15