CN107069235A - 一种双层结构的宽带透明吸波材料 - Google Patents

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李龙
张�林
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Abstract

本发明公开一种双层结构的宽带透明吸波材料，包括玻璃基板以及在玻璃基板上附着的氧化铟锡薄膜。玻璃基板采用上下的双层透明玻璃板，每层玻璃板的上表面分别蚀刻一层氧化铟锡薄膜，每层氧化铟锡薄膜由固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元组成。下层透明玻璃板的下表面附着一层完整的氧化铟锡薄膜。本发明可在宽频带范围实现电磁波的吸收，具有较好的角度稳定性和极化稳定性，并且具有较好的透光性。

Description

一种双层结构的宽带透明吸波材料
技术领域
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及电磁材料技术领域中的一种双层结构的宽带透明吸波材料。本发明可在宽频带范围实现对电磁波的吸收，且具有稳定性和透光性，用于吸波用途和电磁隐身领域。
背景技术
电磁超材料(Metamaterials)也叫新型人工电磁媒质，是指在自然界中本身并不存在，而是根据电磁学理论人工设计所构造出来的，具有非常规电磁的人造媒质或结构。超材料因其所具有的奇异特性已被广泛应用于高方向性天线、隐身技术、雷达以及微波毫米波器件设计等诸多领域。同时，对超材料的研究也涵盖了材料科学与工程、微波天线理论、电磁理论以及先进测量等一系列学科。
宽带电磁吸波材料是应用于电磁波吸收的一种新型电磁超材料，电磁波进入宽带电磁吸波材料中会表现出许多独特的现象，如电磁波在宽带电磁吸波材料表面不反射或反射很小、电磁波在宽带电磁吸波材料内损耗等，这在电磁波吸收和隐身技术等有广阔的应用前景。传统的吸波材料大都采用非透光材料，透明吸波材料是由传统的吸波材料在特定的应用场景所提出来的，主要应用于需要屏蔽外界复杂的电磁能量，同时保持良好的透光性的场合，例如飞机机舱玻璃、会议室玻璃，射频识别***，无线通信等。
Ic-Pyo Hong等人在其发表的论文“Transparent Circuit AnalogElectromagnetic Absorber for Window Applications”(European Conference onAntennas&Propagation,2015:1-4)中提出了一种电磁透明吸波材料。该电磁吸波材料由附着在玻璃板上的氧化铟锡薄膜单元组成，在8-10GHz使得垂直入射电磁波10dB以上衰减。但是，该电磁吸波材料仍然存在的不足之处是，其吸波带宽窄限制了其广泛应用。
武汉理工大学在其申请的专利文献“一种立式透明超材料吸波体”(申请号：CN201610079121.9，申请公布号：CN105552566A)公开了一种透明吸波材料。该透明超材料吸波体由透明平板基体、透明超材料单元、透明反射背板组成，其中透明反射背板贴合在透明平板基体的一侧，透明超材料单元置于透明反射背板上，并嵌入在透明平板基体中形成周期性阵列。但是，该电磁吸波材料仍然存在的不足之处是，它的整体厚度厚。
江苏赛博防务技术有限公司在其申请的专利文献“透明宽带超材料吸波器”(申请号：CN201610721042.3，申请公布号：CN106252897A)中公开了一种宽带透明吸波超材料。该透明宽带超材料吸波器由介质基材和附着于介质基材上的微结构组成，调整微结构的尺寸实现宽带电磁波的吸收。但是，该透明宽带超材料吸波器仍然存在的不足之处是，其吸波带宽较窄，三层结构整体厚度较厚，并且微结构复杂，对加工精度要求高，工程实现性差。
发明内容
本发明针对上述现有技术的电磁透明吸波材料面临的不足，提出了一种双层结构的宽带透明吸波材料，使得电磁吸波材料具有宽带透明吸波特性，并且满足吸波入射角范围广和吸收任意极化角度的电磁波。
为实现上述目的，本发明包括玻璃基板以及在玻璃基板上附着的氧化铟锡薄膜，所述的玻璃基板采用上下的双层透明玻璃板，每层玻璃板的上表面分别蚀刻一层氧化铟锡薄膜，每层氧化铟锡薄膜由固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元组成；下层透明玻璃板的下表面附着一层完整的氧化铟锡薄膜。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，由于本发明采用透光性强的玻璃板和氧化铟锡薄膜，克服了现有技术中存在的吸波带宽窄的缺点，使得本发明在保证良好的透光性能和高吸波率的同时，具有宽带吸波的优点。
第二，由于本发明采用双层玻璃板，以及双层蚀刻在上下玻璃板上表面的氧化铟锡薄膜，克服了现有技术中存在的电磁透明吸波材料整体厚度厚，限制其广泛应用的缺点，使得本发明具有厚度薄的优点。
第三，由于本发明采用双层氧化铟锡薄膜单元，克服了现有技术中存在的电磁透明吸波材料结构复杂，工程实现性差的缺点，使得本发明具有结构简单，工程可实现性好的优点。
附图说明
图1为本发明的二维结构示意图；
图2为本发明实施例的一个结构单元示意图；
图3为本发明实施例的整体结构示意图；
图4为本发明实施例的垂直入射的电磁波的吸波率随频率变化曲线图；
图5为本发明实施例的不同俯仰角吸波率随频率变化曲线图；
图6为本发明实施例的不同方位角吸波率随频率变化曲线图。
具体实现方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参照附图1，对本发明宽带透明电磁吸波材料的二维结构作进一步的描述。
本发明包括玻璃基板1以及在玻璃基板上附着的氧化铟锡薄膜2，所述的玻璃基板1采用上下的双层透明玻璃板，每层玻璃板的上表面分别蚀刻一层氧化铟锡薄膜，每层氧化铟锡薄膜由固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元21组成；下层透明玻璃板的下表面附着一层完整的氧化铟锡薄膜。
吸波材料的透光率介于60％～90％之间。
玻璃基板1的相对介电常数介于3～8之间，厚度为0.5mm～3.0mm。
固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元21是指，每个氧化铟锡薄膜单元的中心与其相邻氧化铟锡薄膜单元的中心之间的间距为在1mm～10mm范围内确定的一个值。
氧化铟锡薄膜单元21的形状为正方形或正多边形。
氧化铟锡薄膜单元21的方阻介于6Ω/sq～400Ω/sq之间。
本发明的实施例描述了在6.0GHz～18.2GHz频率范围内，吸波率能够达到90％以上且透光率达到80％以上时，宽带透明电磁吸波材料采用的各结构尺寸如下。
参照附图2，对本发明实施例的单元结构作进一步的描述。
本发明的实施例的两层玻璃基板23、25的相对介电常数为5.5，下层玻璃基板25的厚度为1.6mm，上层玻璃基板23的厚度为2.2mm。
本发明的实施例中的两层氧化铟锡薄膜单元22、24的形状为正方形，上层玻璃板的上表面的氧化铟锡薄膜单元22的方阻为300Ω/sq、边长为3.4mm，下层玻璃板的上表面的氧化铟锡薄膜单元24的方阻为80Ω/sq、边长为4.4mm，下层透明玻璃板的下表面的完整氧化铟锡薄膜26的方阻为6Ω/sq。上层玻璃板的上表面的两两氧化铟锡薄膜单元22中心间距为10mm，下层玻璃板的上表面的两两氧化铟锡薄膜单元24中心间距为5mm。
图4是本发明实施例中垂直入射的电磁波的吸波率随频率变化曲线图，图4中的横轴表示频率，单位是GHz，纵轴表示吸波率。吸波率由公式1-|S11|2-|S21|2计算得到，式中|S11|表示反射系数的模值，|S21|表示透射系数的模值。由图4的曲线可以看出，在6.0GHz～18.2GHz频率范围内，吸波率能够达到90％以上，说明本发明具有高吸波率。
图5是本发明实施例不同俯仰角吸波率随频率变化曲线图，图5中横轴表示频率，单位是GHz，纵轴表示吸波率，图5中有5条曲线，其中以方形标示的曲线表示方位角时，俯仰角为θ＝0°的吸波率曲线。其中以圆形标示的曲线表示方位角时，俯仰角为θ＝15°的吸波率曲线；以上三角标示的曲线表示方位角时，俯仰角为θ＝30°的吸波率曲线；以下三角标示的曲线表示方位角时，俯仰角为θ＝45°的吸波率曲线；以菱形标示的曲线表示方位角时，俯仰角为θ＝60°的吸波率曲线。由图5的曲线可以看出，在俯仰角0～45°范围内，本发明的吸波率曲线都在80％以上，说明本发明的角度稳定性好。
图6是本发明实施例不同方位角吸波率随频率变化曲线图，图6中横轴表示频率，单位是GHz，纵轴表示吸波率。图6中有4条曲线，其中以方形标示的曲线表示θ＝0°俯仰角时，方位角为的吸波率曲线；以圆形标示的曲线表示θ＝0°俯仰角时，方位角为的吸波率曲线；以上三角标示的曲线表示θ＝0°俯仰角时，方位角为的吸波率曲线；以下三角标示的曲线表示θ＝0°俯仰角时，方位角为的吸波率曲线。由图6的曲线可以看出，在方位角0°～90°范围内，本发明的吸波率曲线都在90％以上，说明本发明的极化稳定性好。

Claims (6)

1.一种双层结构的宽带透明吸波材料，包括玻璃基板(1)以及在玻璃基板上附着的氧化铟锡薄膜(2)，其特征在于，所述的玻璃基板(1)采用上下的双层透明玻璃板，每层玻璃板的上表面分别蚀刻一层氧化铟锡薄膜，每层氧化铟锡薄膜由固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元(21)组成；下层透明玻璃板的下表面附着一层完整的氧化铟锡薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种双层结构的宽带透明吸波材料，其特征在于，所述的玻璃基板(1)的相对介电常数介于3～8之间。
3.根据权利要求1所述的一种双层结构的宽带透明吸波材料，其特征在于，所述的玻璃基板(1)的厚度为0.5mm～3.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种双层结构的宽带透明吸波材料，其特征在于，所述的固定间距排布的多个氧化铟锡薄膜单元(21)是指，每个氧化铟锡薄膜单元的中心与其相邻氧化铟锡薄膜单元的中心之间的间距为在1mm～10mm范围内确定的一个值。
5.根据权利要求1所述的一种双层结构的宽带透明吸波材料，其特征在于，所述的氧化铟锡薄膜单元(21)的形状为正方形或正多边形。
6.根据权利要求1所述的一种双层结构的宽带透明吸波材料，其特征在于，所述的氧化铟锡薄膜单元(21)的方阻介于6Ω/sq～400Ω/sq之间。
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