一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，包括金屬底板、介質(zhì)層和頻率選擇表面，所述介質(zhì)層設(shè)置在金屬底板上，所述頻率選擇表面設(shè)置在介質(zhì)層上，所述頻率選擇表面由周期排列的多個(gè)矩形吸波單元構(gòu)成，每一矩形吸波單元包括一矩形介質(zhì)層，所述矩形介質(zhì)層上設(shè)有一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。本實(shí)用新型采用減小整個(gè)矩形吸波單元尺寸的方式來限制矩形介質(zhì)層的尺寸，有效抑制高階模的空間傳播。并在矩形介質(zhì)層設(shè)計(jì)出領(lǐng)結(jié)型金屬貼片，有效拓展了諧振頻點(diǎn)處的帶寬，設(shè)計(jì)出了一種寬帶超薄型吸波層結(jié)構(gòu)。
【專利說明】-種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及吸波材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層 結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)吸波材料一直都是世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，在軍用方面，通過減小軍事單元的 雷達(dá)散射截面可減小對(duì)方雷達(dá)的偵測(cè)范圍（距離），增加己方進(jìn)攻的突然性，減小軍事單元 被發(fā)現(xiàn)被消滅的概率。民用方面則可W減小天線陣單元的禪合，增加天線單元的穩(wěn)定性和 可靠性[1，2]。一般而言，好的雷達(dá)吸波材料要求頻帶寬，剖面薄，機(jī)械強(qiáng)度高，吸波效率好。 為此國(guó)際學(xué)者展開了大量的相關(guān)工作，根據(jù)各自需求設(shè)計(jì)出各種形式的吸波層?；鷈tan 于2002年首次年提出用Metamaterial來獲得超薄超吸收材料的思想巧]，利用頻率選擇表 面（Fss)實(shí)現(xiàn)吸波材料的設(shè)計(jì)，并得到了廣泛的關(guān)注[4,5]，新加坡南洋理工大學(xué)沈忠祥教 授[6-引領(lǐng)導(dǎo)的小組研制了一批FSS及其衍生結(jié)構(gòu)的吸波層設(shè)計(jì)，10地帶寬大致在80%左 右。該類結(jié)構(gòu)由于都是基于印刷電路板上，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較緊湊，機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)，加工制作容易， 且相比于早期的Salisbury和Janmann吸波層，該類結(jié)構(gòu)具有更寬的帶寬和更薄的剖面。 2008年，Landy等提出了一種基于周期性諧振單元的"完美吸波體"巧]，峰值處吸收率幾乎 達(dá)到100%，引起了研究人員的極大興趣，隨后多種吸波體被提出[10-12]，大多由具有一 定圖案的金屬薄膜與介質(zhì)基片形成電磁諧振器構(gòu)成，具有厚度薄，吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但是 通常吸收頻帶較窄。其原因在于，呈現(xiàn)諧振特性的周期單元一般Q值較高，對(duì)頻率變化比較 敏感，頻點(diǎn)處可展示出優(yōu)良特性，但是帶寬受限，無法獲得較寬帶寬。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)， 根據(jù)周期結(jié)構(gòu)尺寸的減小會(huì)使得高階模成為衰減波并抑制其反射原理，采用減小整個(gè)矩形 吸波單元尺寸的方式來限制矩形介質(zhì)層的尺寸，有效抑制高階模的空間傳播。并在矩形介 質(zhì)層設(shè)計(jì)出領(lǐng)結(jié)型金屬貼片，有效拓展了諧振頻點(diǎn)處的帶寬，設(shè)計(jì)出了一種寬帶超薄型吸 波層結(jié)構(gòu)。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬 帶吸波層結(jié)構(gòu)，包括金屬底板、介質(zhì)層和頻率選擇表面，所述介質(zhì)層設(shè)置在金屬底板上，所 述頻率選擇表面設(shè)置在介質(zhì)層上，所述頻率選擇表面由周期排列的多個(gè)矩形吸波單元構(gòu) 成，每一矩形吸波單元包括一矩形介質(zhì)層，所述矩形介質(zhì)層上設(shè)有一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。
[0005] 進(jìn)一步的，所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片從中屯、向兩側(cè)通過四個(gè)斜邊逐漸變寬，四個(gè)斜邊 各自橫向延伸一短邊，四短邊另一側(cè)通過兩對(duì)平行邊與兩個(gè)寬邊連接，形成領(lǐng)結(jié)型金屬貼 片結(jié)構(gòu)。
[0006] 進(jìn)一步的，所述矩形吸波單元的長(zhǎng)和寬分別為Dy和Dy，其中，Dy= 21mm，Dy= 45mm。 該個(gè)尺寸能夠有效限制矩形吸波單元的尺寸的大小，有利于制作優(yōu)良的微波吸波屏。
[0007] 進(jìn)一步的，所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片中屯、設(shè)有一缺口，所述缺口內(nèi)連接一電阻器。通過 電阻器來吸收頻率選擇表面的電磁波能量。
[000引更進(jìn)一步的，所述缺口寬度為1mm。
[0009] 一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，包括金屬底板、介質(zhì)層和頻率選擇表面， 所述介質(zhì)層設(shè)置在金屬底板上，所述頻率選擇表面設(shè)置在介質(zhì)層上，所述頻率選擇表面由 周期排列的多個(gè)矩形吸波單元構(gòu)成，每一矩形吸波單元包括一矩形介質(zhì)層，所述矩形介質(zhì) 層上設(shè)有多個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。
[0010] 進(jìn)一步的，多個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片的形狀相同但大小不同，不同領(lǐng)結(jié)型金屬貼片大 小對(duì)于不同諧振頻率。
[0011] 更進(jìn)一步的，所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片個(gè)數(shù)為2個(gè)。
[0012] 進(jìn)一步的，每一所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片從中屯、向兩側(cè)通過四個(gè)斜邊逐漸變寬，四個(gè) 斜邊各自橫向延伸一短邊，四短邊另一側(cè)通過兩對(duì)平行邊與兩個(gè)寬邊連接，形成領(lǐng)結(jié)型金 屬貼片結(jié)構(gòu)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述矩形吸波單元的長(zhǎng)和寬分別為D,和Dy，其中，D,= 21mm，Dy=45mm。 該個(gè)尺寸能夠有效限制矩形吸波單元的尺寸的大小，有利于制作優(yōu)良的微波吸波屏。
[0014] 進(jìn)一步的，每一所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片中屯、設(shè)有一缺口，所述缺口內(nèi)連接一電阻器。 通過電阻器來吸收頻率選擇表面的電磁波能量。
[0015] 更進(jìn)一步的，所述缺口寬度為1mm。
[0016] 本實(shí)用新型通過采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 本實(shí)用新型通過在每一矩形吸波單元的矩形介質(zhì)層上設(shè)有一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。 通過容性加載，可W讓電流沿著貼片的水平兩臂流過，從而增加了吸波單元電流路徑。該領(lǐng) 結(jié)型貼片又不是標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)結(jié)型，而是采用"變形領(lǐng)結(jié)型貼片"，該有利于保證寬頻帶特性，在 一定頻段內(nèi)所有電流的路徑，使得更多的電流與貼片諧振。
[0018] 本實(shí)用新型還通過在每一矩形吸波單元的矩形介質(zhì)層上設(shè)置多個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼 片，采用多諧振單元設(shè)計(jì)，在一個(gè)周期單元內(nèi)設(shè)置不同大小但形狀相同的領(lǐng)結(jié)型貼片結(jié)構(gòu)， 由于不同的貼片長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同諧振頻率，設(shè)計(jì)出來多諧振特性的頻率選擇表面。
[0019] 本實(shí)用新型采用領(lǐng)結(jié)型金屬貼片中屯、設(shè)有一缺口，所述缺口內(nèi)連接一電阻器，通 過采用電阻器來替代Salisbury和Jaumann吸波層中出現(xiàn)的阻抗涂層。將完整的變形領(lǐng)結(jié) 金屬貼片的中間洗出1mm大小的缺口，并通過電阻進(jìn)行連接。利用該一電阻來吸收電磁波 能量。
[0020] 通過仿真和測(cè)試，該吸波層的10地吸波率帶寬達(dá)90%，而其厚度不足頻段中屯、頻 點(diǎn)在自由空間波長(zhǎng)的1/7。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例1的矩形吸波單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的矩形吸波單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的等效電路原理圖。
[0026] 圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的RCS縮減對(duì)比曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[002引實(shí)施例1 ;
[0029] 作為一個(gè)具體的實(shí)施例，參考圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片 的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，包括金屬底板1、介質(zhì)層2和頻率選擇表面3,所述介質(zhì)層2設(shè)置在金 屬底板1上，所述頻率選擇表面3設(shè)置在介質(zhì)層2上，所述頻率選擇表面3由周期排列的多 個(gè)矩形吸波單元31構(gòu)成，每一矩形吸波單元31包括一矩形介質(zhì)層3131，所述矩形介質(zhì)層 31上設(shè)有一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32。
[0030] 所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32從中屯、向兩側(cè)通過四個(gè)斜邊321逐漸變寬，四個(gè)斜邊321 各自橫向延伸一短邊322,四短邊322另一側(cè)通過兩對(duì)平行邊323與兩個(gè)寬邊324連接， 形成領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)中，所述中屯、為對(duì)稱中屯、，中屯、水平向最窄寬度為 2rniii 〇
[003U 所述矩形吸波單元31的長(zhǎng)和寬分別為Dx和Dy，其中，Dx= 21mm，Dy= 45mm。該個(gè) 尺寸能夠有效限制矩形吸波單元的尺寸的大小，有利于制作優(yōu)良的微波吸波屏。
[0032] 所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32中屯、設(shè)有一缺口，所述缺口水平方向上將領(lǐng)結(jié)型金屬貼 片32從中屯、一分為二，所述缺口在豎直方向上的寬度為1mm。所述缺口內(nèi)連接一電阻器。 通過電阻器來吸收頻率選擇表面的電磁波能量。
[0033] 實(shí)施例2 ;
[0034] 實(shí)施例1中采用了在吸波單元內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片，實(shí)現(xiàn)在某個(gè)諧振頻點(diǎn) 處拓寬帶寬，但是為了達(dá)到超寬帶的效果，本實(shí)用新型還通過在每一矩形吸波單元的矩形 介質(zhì)層31上設(shè)置多個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片，采用多諧振單元設(shè)計(jì)，在一個(gè)周期單元內(nèi)設(shè)置不同 大小但形狀相同的領(lǐng)結(jié)型貼片結(jié)構(gòu)，由于不同的貼片長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同諧振頻率，設(shè)計(jì)出來多 諧振特性的頻率選擇表面。
[0035] 參考圖3至圖6所示，一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，包括金屬底板1、 介質(zhì)層2和頻率選擇表面3,所述介質(zhì)層2設(shè)置在金屬底板上，所述頻率選擇表面3設(shè)置在 介質(zhì)層2上，所述頻率選擇表面3由周期排列的多個(gè)矩形吸波單元31構(gòu)成，每一矩形吸波 單元31包括一矩形介質(zhì)層31，所述矩形介質(zhì)層31上設(shè)有2個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32, 32'，本 實(shí)施例中，為了簡(jiǎn)化說明，采用了 2個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32, 32'的矩形介質(zhì)層31結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32, 32'的形狀相同但大小不同，不同領(lǐng)結(jié)型金屬貼片大小對(duì)于不同諧 振頻率。參考圖4所示，領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32大小大于領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32'，領(lǐng)結(jié)型金屬貼 片32設(shè)置在矩形介質(zhì)層31的左側(cè)，領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32'設(shè)置在金屬貼片31的右側(cè)，而領(lǐng) 結(jié)型金屬貼片32長(zhǎng)度大于領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32'具有處于同一軸線上的水平對(duì)稱中屯、，也就 是說，在水平方向上，2個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32, 32'具有相同的水平對(duì)稱中屯、軸。
[0036] 所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32從中屯、沿豎直方向的兩側(cè)通過四個(gè)斜邊321逐漸變寬，四 個(gè)斜邊321各自橫向延伸一短邊322,四短邊322另一側(cè)通過兩對(duì)平行邊323與兩個(gè)寬邊 324連接，形成領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)中，所述中屯、為對(duì)稱中屯、，中屯、水平向最 窄寬度為2mm。
[0037] 每一所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片中屯、設(shè)有一缺口，所述缺口豎直方向上的寬度為1mm。上 述缺口水平方向上的長(zhǎng)度為2mm，即為中屯、水平向最窄寬度。所述缺口內(nèi)連接一電阻器。通 過電阻器來吸收頻率選擇表面的電磁波能量。
[003引參考圖4所示，所述矩形吸波單元3的長(zhǎng)和寬分別為Dy和Dy，其中，Dy= 21mm，D y =45mm。該個(gè)尺寸能夠有效限制矩形吸波單元的尺寸的大小，有利于制作優(yōu)良的微波吸波 屏。圖4示意出了在豎直方向上，矩形吸波單元3上邊、領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32的上寬邊324、 上面的短邊322、水平對(duì)稱軸、下短邊322、下寬邊324、矩形吸波單元3下邊之間的部分距離 參數(shù)值，W及在水平方向上，2個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32, 32'豎直對(duì)稱軸之間的距離d，部分參 數(shù)值如下：
[0039] Dy= 21mm D y= 45mm d = 7mm
[0040] lii= w 11= 0. 5mm 1 12二 15. 5mm 1 ^二 17. 5mm w 12= 1mm w4mm R j= 200 Q
[0041] l2i= w 21= 0. 5mm 122= 5. 5mm 123= 6. 5mm w 22= 2. 5mm w 23= 3mm R 2= 180 Q
[0042] 為了進(jìn)一步說明本實(shí)施例的工作機(jī)理，假設(shè)電磁波垂直入射到本文吸波結(jié)構(gòu)，電 場(chǎng)極化方向?yàn)閊?，磁場(chǎng)極化方向?yàn)?夕。利用矩形介質(zhì)層表面的邊界條件，可^判斷矩形介 質(zhì)層上的電流方向?yàn)閊^則電流正好從貼片的一段經(jīng)過電阻流至另外一端。通過^上分析， 可W將上述吸波機(jī)理轉(zhuǎn)換為圖5中等效電路：
[0043] 基片部分、領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32、領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32'和自由空間的對(duì)應(yīng)部分，其中 將領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32,32'部分的電感效應(yīng)改換為可變電感是因?yàn)榭紤]到領(lǐng)結(jié)型貼片的寬 帶作用。貼片間的禪合電容指的是領(lǐng)結(jié)型金屬貼片32,32'之間的寄生效應(yīng)。如果介質(zhì)層 表面為高阻表面，即Yh2- 0,根據(jù)電路圖4,可得出相應(yīng)的反射系數(shù)計(jì)算表達(dá)式：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括金屬底板、介質(zhì)層和頻 率選擇表面，所述介質(zhì)層設(shè)置在金屬底板上，所述頻率選擇表面設(shè)置在介質(zhì)層上，所述頻率 選擇表面由周期排列的多個(gè)矩形吸波單元構(gòu)成，每一矩形吸波單元包括一矩形介質(zhì)層，所 述矩形介質(zhì)層上設(shè)有一個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。
2. -種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括金屬底板、介質(zhì)層和頻 率選擇表面，所述介質(zhì)層設(shè)置在金屬底板上，所述頻率選擇表面設(shè)置在介質(zhì)層上，所述頻率 選擇表面由周期排列的多個(gè)矩形吸波單元構(gòu)成，每一矩形吸波單元包括一矩形介質(zhì)層，所 述矩形介質(zhì)層上設(shè)有多個(gè)領(lǐng)結(jié)型金屬貼片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于：多個(gè) 領(lǐng)結(jié)型金屬貼片的形狀相同但大小不同，不同領(lǐng)結(jié)型金屬貼片大小對(duì)于不同諧振頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 領(lǐng)結(jié)型金屬貼片個(gè)數(shù)為2個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片從中心向兩側(cè)通過四個(gè)斜邊逐漸變寬，四個(gè)斜邊各自橫向延伸一短 邊，四短邊另一側(cè)通過兩對(duì)平行邊與兩個(gè)寬邊連接，形成領(lǐng)結(jié)型金屬貼片結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述矩形吸波單元的長(zhǎng)和寬分別為DjP D y，其中，Dx= 21mm，D y= 45mm〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述領(lǐng)結(jié)型金屬貼片中心設(shè)有一缺口，所述缺口內(nèi)連接一電阻器，通過電阻器來吸收頻率 選擇表面的電磁波能量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于領(lǐng)結(jié)型貼片的寬帶吸波層結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 缺口寬度為1mm。
【文檔編號(hào)】H01Q17/00GK204243209SQ201420770417
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】湯煒, 武菲菲, 劉禹杰 申請(qǐng)人:湯煒