CN107394414A - 基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器。该吸波器包括介质基板(1)和紧贴于介质基板(1)下表面的金属板(2)，还包括位于介质基板(1)上表面的周期表面金属图案(3)，还包括在所述周期表面金属图案上面的介质基板(4)，还包括位于介质基板(4)上表面的周期表面金属图案(5)。本发明的吸波器采用两种表面有周期金属图案的不同磁介质，并将这两种磁介质纵向叠加在一起，解决了在L频段吸波带宽窄的问题。

Description

基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器

技术领域

本发明涉及一种双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，属于超材料吸波器设计的技术领域。

背景技术

微波吸波器，顾名思义，是一种能够有效吸收电磁波的功能性材料，2008年，Landy等人根据超材料的电磁谐振特性制备出吸波性能接近100％的吸波器，但是频带非常窄，之后吸波器的发展迅速，随着研究的不断深入，各种极化稳定、宽入射角、宽频带和多频带的超材料吸波体相继被提出，并被应用于人体防护、信息安全、目标隐身及天线雷达散射截面缩减设计等。

但现阶段大部分吸波器工作频率在X波段，对工作频率在L频段的低频段吸波器研究较少，虽然高频段的吸波器可以通过等比缩放到低频段，但是厚度和单元尺寸都特别大。在L频段且吸波片厚度不超过2mm的前提下，要想实现较宽频带的吸波是较困难的。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，在L频段且厚度不超过2mm的前提下如何拓展频率带宽。主要目标是实现厚度薄、频带低、带宽宽、极化不敏感且宽入射角的超材料吸波器。

技术方案：本发明的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，该吸波器包括下层介质基板和紧贴于介质基板下表面的金属板，还包括位于下层介质基板上表面的中层周期表面金属结构，以及在所述中层周期表面金属结构上面的上层介质基板、位于上层介质基板上表面的上层周期表面金属结构；

其中：

所述的下层介质基板，所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从7.9下降到5.88，介电常数在24附近，厚度为0.6±0.05mm。

所述的上层介质基板，所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从4.76下降到4.12，介电常数接近16但变化不大，厚度为1.4±0.05mm。

所述的中层周期表面金属结构和上层周期表面金属结构均为金属方环结构，但尺寸不同。

所述中层周期表面金属结构的方环外圈边长为6.5±0.1mm，方环内圈边长为0.6±0.1mm。

所述的上层周期表面金属结构方环外圈边长为7.6±0.1mm，方环内圈边长为1.5±0.1mm。

该吸波器单元尺寸为(10±0.1)mm*(10±0.1)mm，吸波器厚度为2±0.1mm，金属板和中层周期表面金属结构和上层周期表面金属结构都为铜箔，厚度为0.02±0.005mm。

该吸波器的吸收率计算公式为A(ω)＝1-R(ω),其中R(ω)为吸波器输入反射系数的模值的平方,ω为频率。

有益效果：

1、本发明的基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，将两个不一样的磁材料应用到超材料吸波器中，通过两层磁介质间的相互匹配，从介质材料的角度展宽L频带的吸波器的带宽。

2、本发明的基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，在两层所述介质表面贴周期金属结构，用两层金属结构更易对吸波器的阻抗进行调节。

3、本发明的基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器工作在L频段，而现阶段L频段的吸波器的设计较少。

4、本发明的基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器厚度为2mm，厚度很薄，且单元尺寸为10mm*10mm，单元尺寸小，且该吸波器对极化不敏感。

附图说明

图1为本发明中基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器的整体结构示意图，

图2为图1中下层介质基板所用材料的介电常数曲线图，

图3为图1中下层介质基板所用材料的磁导率曲线图，

图4为图1中上层介质基板所用材料的介电常数曲线图，

图5为图1中上层介质基板所用材料的磁导率曲线图，

图6为图1中两层周期金属结构图案示意图，

图7为实施例1的吸波率图。

图中有：下层介质基板1，金属板2，中层周期金属结构3，上层介质基板4，上层周期金属结构5。

具体实施方式

本发明一种基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，该吸波器包括下层介质基板1和紧贴于下层介质基板下表面的金属板2，还包括位于下层介质基板1上表面的周期表面金属结构3，还包括在所述周期表面金属结构3上面的上层介质基板4，还包括位于上层介质基板4上表面的上层周期表面金属结构5。

优选地，下层介质基板1所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从7.9下降到5.88，介电常数在24附近。所述的介质基板4，所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从4.76下降到4.12，介电常数接近16且变化不大。

优选地，中层周期金属结构3、上层周期金属结构5均为金属方环结构，但尺寸不同，可通过调节两层周期金属结构图案的尺寸，调节整个吸波器的阻抗使之与自由空间匹配。

优选地，底层的金属板2和中层周期金属结构3、上层周期金属结构5都为铜箔，厚度为0.02mm。

所述吸波器的吸收率计算公式一般为：A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)，这里因为底层为金属板2，则没有波透过，透射率为零，本发明中的吸波率计算公式为A(ω)＝1-R(ω)。

下面根据权利要求所包含的内容举例说明。

实施例1：

一种基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，如图1所示。两层介质基板上表面的周期金属结构如图6所示，吸波器单元尺寸为10mm*10mm，下层介质基板的厚度为0.6mm，下层介质基板表面的方环外圈边长为6.5mm，方环内圈边长为0.6mm；上层介质基板的厚度为1.4mm，上层介质基板表面的方环外圈边长为7.6mm，方环内圈边长为1.5mm。

本实例中的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器是在电磁仿真软件HFSS.13建模仿真得出，图7是本实例中的吸波率曲线图，从图7中可以看出，吸波器在1.25GHz-1.98GHz实现0.85以上的吸波率，所以该吸波器在L频段实现吸波率0.85以上730MHz的带宽。

综上所述，本发明基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器能在L频段实现吸波率0.85以上对应的吸波带宽为730MHz左右，且介质基板厚度只有2mm，该吸波器带宽宽厚度薄，益于应用在工程实践中。

Claims (8)

1.一种基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：该吸波器包括下层介质基板(1)和紧贴于下层介质基板(1)下表面的金属板(2)，还包括位于下层介质基板(1)上表面的中层周期表面金属结构(3)，以及在所述中层周期表面金属结构(3)上面的上层介质基板(4)、位于上层介质基板(4)上表面的上层周期表面金属结构(5)。

2.根据权利要求1所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：所述的下层介质基板(1)，所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从7.9下降到5.88，介电常数在24附近，厚度为0.6±0.05mm。

3.根据权利要求1所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：所述的上层介质基板(4)，所用材料在1GHz-2GHz频段内，磁导率从4.76下降到4.12，介电常数接近16但变化不大，厚度为1.4±0.05mm。

4.根据权利要求1所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：所述的中层周期表面金属结构(3)和上层周期表面金属结构(5)均为金属方环结构，但尺寸不同。

5.根据权利要求4所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：所述中层周期表面金属结构(3)的方环外圈边长为6.5±0.1mm，方环内圈边长为0.6±0.1mm。

6.根据权利要求4所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：所述的上层周期表面金属结构(5)方环外圈边长为7.6±0.1mm，方环内圈边长为1.5±0.1mm。

7.根据权利要求1所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：该吸波器单元尺寸为(10±0.1)mm*(10±0.1)mm，吸波器厚度为2±0.1mm，金属板(2)和中层周期表面金属结构(3)和上层周期表面金属结构(5)都为铜箔，厚度为0.02±0.005mm。

8.根据权利要求1所述的双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器，其特征在于：该吸波器的吸收率计算公式为A(ω)＝1-R(ω),其中R(ω)为吸波器输入反射系数的模值的平方,ω为频率。