專利名稱：一種寬頻吸波材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸波材料，尤其涉及一種寬頻吸波材料。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，以電磁波為媒介的各種技術(shù)和產(chǎn)品越來越多，電磁波輻射對環(huán)境的影響也日益增大。比如，無線電波可能對機場環(huán)境造成干擾，導(dǎo)致飛機航班無法正常起飛；移動電話可能會干擾各種精密電子醫(yī)療器械的工作；即使是普通的計算機，也會輻射攜帶信息的電磁波，它可能在幾公里以外被接收和重現(xiàn)，造成國防、政治、經(jīng)濟、科技等方面情報的泄漏。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料一一吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料，其在包括軍事以及其 它方面也有廣泛的應(yīng)用，比如隱形機、隱形衣等。材料吸收電磁波的基本條件是(I)電磁波入射到材料上時，它能最大限度地進入材料內(nèi)部，即要求材料具有匹配特性；(2)進入材料內(nèi)部的電磁波能迅速地幾乎全部衰減掉，即衰減特性。現(xiàn)有的吸波材料利用各個材料自身對電磁波的吸收性能，通過設(shè)計不同材料的組分使得混合后的材料具備吸波特性，此類材料設(shè)計復(fù)雜且不具有大規(guī)模推廣性，同時此類材料的機械性能受限于材料本身的機械性能，不能滿足特殊場合的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種吸波頻段較寬、厚度較薄吸波性能較好的寬頻吸波材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提出一種寬頻吸波材料，所述寬頻吸波材料虛擬劃分為多個基本單元，每一基本單元包括沿電磁波傳播方向堆疊的多層片層，每層片層包括基材以及涂覆于基材表面的金屬涂層；沿電磁波傳播方向各層片層尺寸逐漸增大且各層片層的中心軸線重合。進一步地，沿電磁波傳播方向，將所述基本單元劃分為三部分，第一部分的片層的基材均具有第一介電常數(shù)，第二部分的片層的基材均具有第二介電常數(shù)，第三部分的片層的基材均具有第三介電常數(shù)。第一介電常數(shù)小于第二介電常數(shù)小于第三介電常數(shù)。進一步地，沿電磁波傳播方向，各層片層尺寸按照等差方式逐漸增大。進一步地，第一部分基本單元包括四層片層，每層片層的基材的第一介電常數(shù)為2. 6至2. 8 ;第二部分基本單元包括十三層片層，每層片層的基材的第二介電常數(shù)為3. 5至
4.O ;第三部分基本單元包括三層片層，每層片層的基材的第三介電常數(shù)為8. 5至9. O。進一步地，每層片層厚度為O. 2毫米，金屬涂層厚度為O. 01至O. 02毫米。 進一步地，所述第一部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。進一步地，所述第二部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。進一步地，所述第三部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。進一步地，所述金屬涂層材料為銅、銀或鋁。進一步地，各層片層附著有金屬涂層的表面呈正方形，最大正方形表面邊長為10. 4毫米，最小正方形表面邊長為5毫米。本發(fā)明通過設(shè)計金字塔形的基本單元，并優(yōu)選地使得金字塔形的基本單元不同部位的基材具有不同的介電常數(shù)從而實現(xiàn)阻抗匹配和寬頻吸波的效果，本發(fā)明寬頻吸波材料在7. 5GHZ至12GHZ的頻寬內(nèi)，電磁波衰減度均能達(dá)到IOdB以上。


圖I為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明寬頻吸波材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明寬頻吸波材料優(yōu)選實施例的仿真結(jié)果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠(yuǎn)大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數(shù)，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細(xì)節(jié)參數(shù)來描述玻璃對光線的響應(yīng)。相應(yīng)的，在研究材料對其他電磁波響應(yīng)的時候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長的結(jié)構(gòu)對電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù),例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。通過設(shè)計材料每點的結(jié)構(gòu)使得材料各點的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同，從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、吸收電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料稱之為超材料。如圖I所示，圖I為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料的基本單元包括人造微結(jié)構(gòu)I以及該人造微結(jié)構(gòu)附著的基材2。人造微結(jié)構(gòu)可為人造金屬微結(jié)構(gòu)，其具有對入射電磁波電場和/或磁場產(chǎn)生響應(yīng)的平面或立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改變每個超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸，可改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)。多個超材料基本單元按一定規(guī)律排列，可使超材料對電磁波具有宏觀的響應(yīng)。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應(yīng)，因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)需形成連續(xù)響應(yīng)，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波五分之一波長，優(yōu)選為入射電磁波十分之一波長。本段描述中，將超材料整體劃分為多個超材料基本單元是一種人為的劃分方法，但應(yīng)知此種劃分方法僅為描述方便，超材料既可由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，也可將人造金屬微結(jié)構(gòu)周期排布于基材上構(gòu)成，工藝簡單且成本低廉。周期排布即指上述人為劃分的各個超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)能對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。本發(fā)明利用上述超材料原理設(shè)計吸波超材料，與圖I不同的是，本發(fā)明寬頻吸波材料的基本單元包括沿電磁波傳播方向堆疊的多層片層，各層片層包括基材以及金屬涂層，金屬涂層將基材表面全部涂覆。金屬涂層厚度均優(yōu)選為O. Ol至O. 02毫米，每層片層厚度均優(yōu)選為O. 2毫米。金屬涂層材料可為銅、銀、鋁等各類導(dǎo)電金屬。請參照圖2，圖2即為本發(fā)明寬頻吸波材料一實施例中，基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可知，各層片層尺寸沿電磁波傳播方向逐漸增大且各層片層的中心軸線重合。同時，沿電磁波傳播方向，將基本單元劃分為三部分，第一部分的片層的基材均具有第一介電常數(shù)，第二部分的片層的基材均具有第二介電常數(shù)，第三部分的片層的基材均具有第三介電常數(shù)。第一介電常數(shù)小于第二介電常數(shù)小于第三介電常數(shù)。優(yōu)選地，第一部分基本單元包括四層片層，每層片層的基材的第一介電常數(shù)為2. 6至2. 8 ;第二部分基本單元包括十三層片層，每層片層的基材的第二介電常數(shù)為3. 5至4. O ;第三部分基本單元包括三層片層，每層片層的基材的第三介電常數(shù)為8. 5至9. O。整個基本單元為二十層片層，厚度為(O. 2+0. 018) *20 = 4. 36毫米,厚度非常薄。具有第一介電常數(shù)、第二介電常數(shù)、第三介電常數(shù)的材料可為FR-4材料、F4B材料、PS材料等。優(yōu)選地，各層片層附著有金屬涂層的表面為正方形，沿電磁波傳播方向，各層片層的正方形表面的尺寸按等差方式逐漸增大。等差比例為(最大正方形表面邊長-最小正 方形表面邊長)/ (片層層數(shù)-I)。優(yōu)選地，本發(fā)明寬頻吸波材料中，最大正方形表面邊長為10. 4毫米，最小正方形表面邊長為5毫米。本發(fā)明的基本單元的各層片層的尺寸逐漸增大，滿足阻抗匹配效果。同時相鄰片層的金屬涂層構(gòu)成等效電容，金屬涂層本身構(gòu)成等效電感，基本單元整體形成多個LC等效電路。通過合理配置金屬涂層尺寸、基材等效介電常數(shù)以及基材厚度來調(diào)整LC等效電路中的各等效電容和等效電感值，使多個LC等效電路的諧振頻點組合后以達(dá)到寬頻吸波效果。另外，由于本發(fā)明的吸波頻點由等效電容和等效電感構(gòu)成的LC諧振電路決定，當(dāng)需要改變吸波頻點時，只需要改變金屬涂層尺寸或者基材等效介電常數(shù)或者基材厚度即可。當(dāng)本發(fā)明寬頻吸波材料基本單元采用20層片層，第一部分包括四層片層，每層片層的基材的第一介電常數(shù)為2. 65 ;第二部分包括十三層片層，每層片層的基材的第二介電常數(shù)為3. 73 ;第三部分包括三層片層，每層片層的基材的第三介電常數(shù)為8. 79 ;每層片層厚度為O. 2毫米；沿電磁波傳播方向，各層片層的正方形表面的尺寸按等差方式逐漸增大，最大正方形表面尺寸為10. 4毫米，最小正方形表面為5毫米時，本發(fā)明寬頻吸波材料的Sll參數(shù)仿真效果如圖3所示。由圖3可知，本發(fā)明寬頻吸波材料吸波效果較好，在7. 5GHZ至12GHZ的頻寬內(nèi)，電磁波衰減度均能達(dá)到IOdB以上。c上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種寬頻吸波材料，其特征在于所述寬頻吸波材料虛擬劃分為多個基本單元，每一基本單元包括沿電磁波傳播方向堆疊的多層片層，每層片層包括基材以及涂覆于基材表面的金屬涂層；沿電磁波傳播方向各層片層尺寸逐漸增大且各層片層的中心軸線重合。
2.如權(quán)利要求I所述的寬頻吸波材料，其特征在于沿電磁波傳播方向，將所述基本單元劃分為三部分，第一部分的片層的基材均具有第一介電常數(shù)，第二部分的片層的基材均具有第二介電常數(shù)，第三部分的片層的基材均具有第三介電常數(shù)。第一介電常數(shù)小于第二介電常數(shù)小于第三介電常數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的寬頻吸波材料，其特征在于沿電磁波傳播方向，各層片層尺寸按照等差方式逐漸增大。
4.如權(quán)利要求2所述的寬頻吸波材料，其特征在于第一部分基本單元包括四層片層，每層片層的基材的第一介電常數(shù)為2. 6至2. 8 ;第二部分基本單元包括十三層片層，每層片層的基材的第二介電常數(shù)為3. 5至4. O ;第三部分基本單元包括三層片層，每層片層的基材的第三介電常數(shù)為8. 5至9. O。
5.如權(quán)利要求I或4所述的寬頻吸波材料，其特征在于每層片層厚度為0.2毫米，金屬涂層厚度為0. 01至0. 02毫米。
6.如權(quán)利要求4所述的寬頻吸波材料，其特征在于所述第一部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。
7.如權(quán)利要求4所述的寬頻吸波材料，其特征在于所述第二部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。
8.如權(quán)利要求4所述的寬頻吸波材料，其特征在于所述第三部分基本單元的片層的基材材料為FR4材料、F4B材料或PS材料。
9.如權(quán)利要求I所述的寬頻吸波材料，其特征在于所述金屬涂層材料為銅、銀或鋁。
10.如權(quán)利要求I或3所述的寬頻吸波材料，其特征在于各層片層附著有金屬涂層的表面呈正方形，最大正方形表面邊長為10. 4毫米,最小正方形表面邊長為5毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬頻吸波材料，所述寬頻吸波材料虛擬劃分為多個基本單元，每一基本單元包括沿電磁波傳播方向堆疊的多層片層，每層片層包括基材以及涂覆于基材表面的金屬涂層；沿電磁波傳播方向各層片層尺寸逐漸增大且各層片層的中心軸線重合。本發(fā)明通過設(shè)計金字塔形的基本單元，并優(yōu)選地使得金字塔形的基本單元不同部位的基材具有不同的介電常數(shù)從而實現(xiàn)阻抗匹配和寬頻吸波的效果，本發(fā)明寬頻吸波材料在7.5GHZ至12GHZ的頻寬內(nèi)，電磁波衰減度均能達(dá)到10dB以上。
文檔編號H05K9/00GK102811595SQ20121026826
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 寇超鋒, 葉金財 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司