CN106785476B - 一种超材料吸波体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超材料吸波体,包括连续设置的多个吸波单元,所述每个吸波单元包括介质基板(3)和紧贴于介质基板(3)下表面的金属接地板(4),在所述介质基板(3)的上表面贴附有开口的金属环(1),所述金属环(1)的开口处设有集总电阻(2),所述集总电阻(2)两端分别与开口两侧的金属环(1)相连。本发明的超材料吸波体,吸收率高、工作频宽带。

Description

一种超材料吸波体
技术领域
本发明属于超材料技术领域,特别是一种吸收率高、工作频宽带的超材料吸波体。
背景技术
电磁超材料由于奇异的电磁特性一直是物理学和材料学等研究领域的热点。自从电磁超材料能够同时实现负的介电常数和负的磁导率之后,电磁超材料迎来了快速发展时期。短短几十年间,超材料的理论研究日趋成熟,应用越来越广,覆盖了军事、工业和生活等各个领域,其中超材料吸波体作为超材料在吸波邻域的一个应用得到了广泛的关注。
传统超材料吸波体可以分为谐振型吸波体和宽带吸波体,谐振型吸波体的吸波机理主要是通过电磁谐振来实现对电磁波的吸收,因此吸收频带相对较窄,尽管通过谐振原理也可以实现双频和多频的超材料吸波体,但是实现宽带吸波体还是有一定的困难。
近些年来,人们在超材料吸波体宽带化方面做了大量的研究。常用的方法有:单元组合法,实现了单层的宽带吸波体;基于多层介质的相干相消法,实现了多层吸波体;还可以通过加载集总元件增强损耗的方法,实现宽带吸波。
但是,上述超材料吸波体存在的技术问题是:吸收率不够高、工作频宽不够带,特别是在大角度入射波下吸收率更低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超材料吸波体,吸收率高、工作频宽带,特别是大角度入射波下也有较高的吸收率。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种超材料吸波体,包括连续设置的多个吸波单元,所述每个吸波单元包括介质基板和紧贴于介质基板下表面的金属接地板,在所述介质基板的上表面贴附有开口的金属环,所述金属环的开口处设有集总电阻,所述集总电阻两端分别与开口两侧的金属环相连。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:
1、吸收率高:本发明在吸波带内能够达到更高的吸收率,并保持稳定,而且对于大角度的入射波依旧能够保持高吸收率;
2、工作频带宽:本发明的相对吸波带宽能达到47.3%,工作频带宽。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明超材料吸波体的吸波单元三维结构示意图。
图2图1的主视图。
图3图1的仰视图。
图4是采用CST对本发明超材料吸波体进行仿真的S11参数图。
图5是本发明超材料吸波体的垂直入射吸收率仿真结果图。
图6是本发明超材料吸波体宽入射角情况下的吸波率仿真结果图。
具体实施方式
本发明超材料吸波体为无限周期结构,包括连续设置的多个吸波单元。
所述每个吸波单元如图1、2、3所示,包括介质基板3和紧贴于介质基板3下表面的金属接地板4,在所述介质基板3的上表面贴附有开口的金属环1,所述金属环1的开口处设有集总电阻2,所述集总电阻2两端分别与开口两侧的金属环1相连。
所述金属环(1)***呈正方形,内空为圆形,且正方形与圆形的几何中心重叠。
所述金属环(1)上设有两个关于圆心对称开口,均开在内空圆形离***正方形最近的边上。
所述采用有损耗的FR-4介质基板,其介电常数为ε=4.3,损耗角正切为td=0.025。
所述底层金属底板4和顶层金属环1都采用金属铜,其电导率为σ=5.8×107S/m。
作为实施例,所述每个单元的三层结构各尺寸参数如下:晶格常数P=14.2mm,金属环边长L=9.5mm,内圆弧半径R=3.8mm,开口宽度w=1.7mm,加载的电阻r=270Ω,FR-4基板的厚度d=3mm,顶层和底层的铜膜厚度dh=0.035mm。开口宽度选定为1.7mm正好和0603封装的贴片电阻长度相匹配,方便生产加工。
图4为使用仿真软件对本发明进行仿真得到的S11参数图。
图5为通过S11参数计算绘制的本发明的吸收率曲线。通过加载的集总参数电阻将电磁谐振转化为频率不敏感的电路谐振,并通过电阻的欧姆损耗有效地将吸收能量耗散掉,从而拓宽了吸波体的工作带宽在8.4-13.6GHz频段,吸收率达到90%,相对吸波带宽为47.3%,在10.3-13.1GHz频段,吸收率达到99%,相对吸波带宽为23.9%。
图6为本发明在宽入射角情况下的吸收率曲线。从图中可以看出当入射角在45度以内时,90%吸波带宽变化不大,但是吸波带随着入射角的增大有明显的蓝移现象,这是因为随着入射电磁波角度增大,入射磁场激励起的表面电流变小,电流路径变短,使得谐振点往高频移动,宏观表现为蓝移。总的来说,吸波体对于45度内斜入射电磁波有着良好的吸波效果。
本发明的超材料吸波体工作频段基本覆盖X波段,在无线通信,天线,隐身和雷达探测等方面,尤其是针对X波段雷达的探测与隐身方面有着巨大的应用价值。

Claims (2)

1.一种超材料吸波体,包括连续设置的多个吸波单元,所述每个吸波单元包括介质基板(3)和紧贴于介质基板(3)下表面的金属接地板(4),在所述介质基板(3)的上表面贴附有开口的金属环(1),所述金属环(1)的开口处设有集总电阻(2),所述集总电阻(2)两端分别与开口两侧的金属环(1)相连;
所述金属环(1)***呈正方形,内空为圆形,且正方形与圆形的几何中心重叠;
其特征在于:
所述金属环(1)上设有两个关于圆心对称开口,均开在内空圆形离***正方形最近的边上。
2.根据权利要求1所述的超材料吸波体,其特征在于:所述介质基板(3)采用有损耗的FR-4介质基板,其介电常数为ε=4.3,损耗角正切为td=0.025。
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