CN113690631B - 一种x波段高效吸波超构表面材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种X波段的高效吸波超构表面材料,所述的超构表面材料的结构为四层结构从上到下依次层叠复合成一体:第一介质层、微结构的阻抗膜层、第二介质层和金属反射层,所述的阻抗膜层在所述的介质层表面形成多个呈周期性排列的阵列单元。本发明通过介质层‑阻抗膜层‑介质层‑金属反射层组合,可实现X波段入射电磁波阻抗匹配,实现高效率电磁波能量吸收,可以为应对X波段探测雷达实现RCS缩减的应用平台提供超表面材料。

Description

一种X波段高效吸波超构表面材料
技术领域
本发明属于电磁波吸波材料技术领域,尤其涉及一种X波段高效吸波超构表面材料。
背景技术
雷达隐身技术主要是指对工作在3MHz~300GHz范围内雷达的隐身技术,其中厘米波段(2~18GHz)尤其是8~12GHz(X波段)是非常重要的雷达探测波段,也是现阶段世界各国力求突破的超宽频带雷达隐身技术研究的重点。随着雷达探测技术的发展,以及目标外形技术越来越受到战术指标的限制,原有的雷达隐身材料存在频带窄、效率低、密度大等缺点,应用范围受到一定限制,迫切需要开发新型吸波材料和相应的隐身技术。目前,国内外在进一步提高与改进传统隐身材料性能的同时正致力于多种新材料的探索,超构表面材料正逐步应用到雷达波隐身材料中,从而满足对新一代雷达隐身材料吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的要求。
中国专利公开CN108493622A公开了一种双介质层吸波材料,包括层叠放置的两层介质板,底层介质板下表面覆盖金属地板,两层介质板上表面均印制有阵列金属贴片。通过调节各介质层上表面的阵列金属贴片尺寸、两层介质层各层厚度、以及选择不同材质改变介质层介电常数,以改变各层的电磁参数,从而改变进入到材料中电磁波的反射折射波相位。入射电磁波传播过程中部分被材料损耗,剩余部分入射波与反射波相消,从而达到电磁波被人工电磁介质材料吸收的效果,实现了宽带吸波材料的超薄化。
目前,国内外在进一步提高与改进传统隐身材料性能的同时正致力于多种新材料的探索,超构表面材料正逐步应用到雷达波隐身材料中,从而满足对新一代雷达隐身材料吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的要求。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出了一种X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,所述的超构表面材料的结构从上到下依次层叠复合成一体,其包括四层结构,具体为:表面介质层、阻抗膜层、下介质层和金属材料反射层,阻抗膜层采用激光刻蚀制成的微结构图案,所述的微结构图案是多个呈周期性排列的二维对称的单元阵列。
优选的,所述的阻抗膜层是阻抗为95Ohm/sq的PI膜,厚度为50±0.1um。
优选的,所述的微结构是在水平方向和垂直方向上周期性重复布置的图案单元,该图案单元是P=8×8mm,阻抗膜层的每个图案单元包括:存在阻抗膜材料的膜材料区,和刻蚀掉膜材料的空隙区;膜材料区和空隙区是二维中心对称图案。
优选的,阻抗膜层的每个图案单元具有一个边长1.33mm的正方形膜材料区,和与该正方形中心重叠的宽度0.67mm,长度2.67mm的十字形状膜材料区以所述十字形状中心为原点,十字中心线为坐标轴建立X-Y平面坐标系,并将图案单元分为80×80个块区域,以块区域为单位分成为膜材料区或空隙区,坐标原点周边对称分布4×3个空隙区域;膜材料区和空隙区交错排列的结构。
优选的,对称分布的4×3个空隙区块分别位于坐标系的45度、135度、225度和315度延长线上,除4×3个空隙区块之外的位置,均为膜材料区。
优选的,环绕十字形状膜材料的是一个边长4mm,宽度1mm的正方形框状膜材料区,所述正方形框状膜材料区和中心材料区之间夹有是4个空隙区域,所述空隙区域的边是锯齿形状。
优选的,在正方形框状膜材料区的4个顶角位置对称分布的4个空隙区块,为凹角凸角组合形状,径宽1mm,凹角和凸角的顶点间隔1mm,所述空隙区域的边是锯齿形状,所述空隙区域分别位于坐标系的45度,135度,225度,315度位置。
优选的,8×8mm图案单元的4个顶角区是空隙区块,空隙区块为L形状,每边长1.33mm,宽度0.67mm,边缘是锯齿形状。
进一步的,所述的表面介质层和下介质层均为氰酸酯预浸料,介质介电材料的厚度为3.5-3.7mm,该介电材料介电常数为3.0,损耗角正切为0.005。
采用本发明的双轴对称结构可实现极化不敏感电磁波宽频吸收,在X范围内可实现反射系数最低超20dB吸收效果,在X波段范围内单站RCS全部优于-28dB,相对金属板RCS平均缩减量超过25dB,实现了高效RCS缩减。本发明通过介质层-阻抗膜层-介质层-金属反射层组合,可实现X范围内入射电磁波阻抗匹配,同时,氰酸酯预浸料介质具备耐高强度压力、耐腐蚀、耐盐雾等特点,能够有效保证材料在不同环境下的工作鲁棒性,可为相关应用平台提供应对X波段探测雷达实现RCS高效缩减超表面材料。
附图说明
图1为本发明的三维构成示意图。
图2为本发明中间层阻抗膜结构示意图。
图3为本发明周期结构面板示意图。
图4为本发明正向入射单站电磁波反射效果曲线图。
图5为本发明正向入射单站RCS效果曲线图。
具体实施方式
为了解决以上问题,本发明提出了一种X波段高效吸波超构表面材料,通过介质-阻抗膜-介质模式进行超构表面材料整体设计,并在阻抗膜表面进行微结构设计,可实现小于8mm厚度条件下,X波段内最低20dB的吸收效果。
一种X波段高效吸波超构表面材料,所述的超构表面材料的结构从上到下依次层叠复合成一体,其包括四层结构,具体为:表面介质层、阻抗膜层、下介质层和金属材料反射层,阻抗膜层采用激光刻蚀制成的微结构图案,所述的微结构图案是多个呈周期性排列的二维对称的单元阵列。
所述的阻抗膜层是阻抗为95Ohm/sq的PI膜,厚度为50±0.1um。
所述的微结构是在水平方向和垂直方向上周期性重复布置的图案单元,该图案单元是P=8×8mm,阻抗膜层的每个图案单元包括:存在阻抗膜材料的膜材料区,和刻蚀掉膜材料的空隙区;膜材料区和空隙区是二维中心对称图案。
阻抗膜层的每个图案单元具有一个边长1.33mm的正方形膜材料区,和与该正方形中心重叠的宽度0.67mm,长度2.67mm的十字形状膜材料区以所述十字形状中心为原点,十字中心线为坐标轴建立X-Y平面坐标系,并将图案单元分为80×80个块区域,以块区域为单位分成为膜材料区或空隙区,坐标原点周边对称分布4×3个空隙区域;膜材料区和空隙区交错排列的结构。
对称分布的4×3个空隙区块分别位于坐标系的45度、135度、225度和315度延长线上,除4×3个空隙区块之外的位置,均为膜材料区。
环绕十字形状膜材料的是一个边长4mm,宽度1mm的正方形框状膜材料区,所述正方形框状膜材料区和中心材料区之间夹有是4个空隙区域,所述空隙区域的边是锯齿形状。
在正方形框状膜材料区的4个顶角位置对称分布的4个空隙区块,为凹角凸角组合形状,径宽1mm,凹角和凸角的顶点间隔1mm,所述空隙区域的边是锯齿形状,所述空隙区域分别位于坐标系的45度,135度,225度,315度位置。
8×8mm图案单元的4个顶角区是空隙区块,空隙区块为L形状,每边长1.33mm,宽度0.67mm,边缘是锯齿形状。
所述的表面介质层和下介质层均为氰酸酯预浸料,介质介电材料的厚度为3.5-3.7mm,该介电材料介电常数为3.0,损耗角正切为0.005。
根据本发明的实施例,提供了一种X波段高效吸波超构表面材料,包括至少4层结构,由上往下依次为:介质层,微结构阻抗膜层、介质层、金属反射层;所述阻抗膜结构层在所属介质层表面形成多个呈周期性排列的阵列单元。采用阻抗膜层为阻抗为95Ohm/sq的PI膜,介质层材料介电常数为3.0,损耗角正切为0.005。单元结构周期P=8mm,上层为氰酸酯预浸料介质,厚度3.7mm,中间阻抗膜微结构为对称结构,厚度为50±0.1um,第三层同为氰酸酯预浸料介质,厚度为3.7mm。将阻抗膜层离散为80×80个子坐标,阻抗膜区域结构边界对应坐标如下:
薄膜加工主要采用激光刻蚀加工,沿着结构边界进行切割以实现空隙/阻抗膜结构的获取。
与现有技术相比,本申请能够产生如下的有益效果:本申请采用双轴对称结构可实现极化不敏感电磁波宽频吸收,在X范围内可实现反射系数最低超20dB吸收效果,在X波段范围内单站RCS全部优于-28dB,相对金属板RCS平均缩减量超过25dB,实现了高效RCS缩减。本申请通过介质层-阻抗膜层-介质层-金属反射层组合,可实现X范围内入射电磁波阻抗匹配,同时,氰酸酯预浸料介质具备耐高强度压力、耐腐蚀、耐盐雾等特点,能够有效保证材料在不同环境下的工作鲁棒性,可为相关应用平台提供应对X波段探测雷达实现RCS高效缩减超表面材料。通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述,本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
最后应说明的是,以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制,尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,所述的超构表面材料的结构从上到下依次层叠复合成一体,其包括四层结构,具体为:表面介质层、阻抗膜层、下介质层和金属材料反射层,阻抗膜层采用激光刻蚀制成的微结构图案,所述的微结构图案是多个呈周期性排列的二维对称的单元阵列;其中,阻抗膜层的每个图案单元中心具有一个边长1.33mm的正方形膜材料区,和与正方形膜材料区中心重叠的的十字形状膜材料区,所述十字形状由宽度0.67mm,长度2.67mm两个条形形状膜材料组成,以所述十字形状中心为原点,十字形状的条形的中心线为坐标轴建立X-Y平面坐标系,并将图案单元分为80×80个块区域,以块区域为单位分成为膜材料区或空隙区域,坐标原点周边对称分布4×3个空隙区域;膜材料区和空隙区域交错排列的,对称分布的4×3个空隙区域分别位于坐标系的45度、135度、225度和315度延长线上,除4×3个空隙区域之外的位置,均为膜材料区。
2.如权利要求1所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,所述的阻抗膜层是阻抗为95Ω/sq的PI膜,厚度为50±0.1um。
3.如权利要求2所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,所述的微结构是在水平方向和垂直方向上周期性重复布置的图案单元,该图案单元是P=8×8mm,阻抗膜层的每个图案单元包括:存在阻抗膜材料的膜材料区,和刻蚀掉膜材料的空隙区;膜材料区和空隙区是二维中心对称图案。
4.如权利要求1所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,环绕十字形状膜材料的是一个边长4mm,宽度1mm的正方形框状膜材料区,所述正方形框状膜材料区和中心材料区之间夹有是4个空隙区域,所述空隙区域的边是锯齿形状。
5.如权利要求4所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,在正方形框状膜材料区的4个顶角位置对称分布的4个空隙区块,为凹角凸角组合形状,径宽1mm,凹角和凸角的顶点间隔1mm,所述空隙区域的边是锯齿形状,所述空隙区域分别位于坐标系的45度,135度,225度,315度位置。
6.如权利要求5所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,8×8mm图案单元的4个顶角区是空隙区块,空隙区块为L形状,每边长1.33mm,宽度0.67mm,边缘是锯齿形状。
7.如权利要求1所述的X波段高效吸波超构表面材料,其特征在于,所述的表面介质层和下介质层均为氰酸酯预浸料,介质介电材料的厚度为3.5-3.7mm,该介电材料介电常数为3.0,损耗角正切为0.005。
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