CN114597672A - 基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 - Google Patents
基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114597672A CN114597672A CN202210283511.3A CN202210283511A CN114597672A CN 114597672 A CN114597672 A CN 114597672A CN 202210283511 A CN202210283511 A CN 202210283511A CN 114597672 A CN114597672 A CN 114597672A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fss
- resistance
- resistance type
- square
- fractal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 claims description 5
- 229920007790 polymethacrylimide foam Polymers 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 3
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 38
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 20
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 40
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000009812 interlayer coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
- H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及制备方法，从上到下依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS、第一层介质层、方环结构电阻型频率选择表面FSS、第二层介质层、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS、第三层介质层、金属背板；与传统采用金属FSS或者电阻加载方式相比，本发明解决了在低厚度下实现宽带吸波与低频吸波难以同时实现的问题。采用弯曲结构的电阻型FSS高容性特点降低吸波体低频谐振，再与方环与方片分形结构的电阻型FSS进行叠加实现宽带吸波，采用中心对称图形，使其具有极化稳定性。工作范围覆盖S到Ku波段，且整体厚度较薄，实验和仿真结果一致，在雷达隐身、电磁兼容等方面具有应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及其制备方法，主要用于地面机动目标部件的雷达伪装隐身。
背景技术
随着探测技术的进步和周边国家及地区预警防御***的融合组网，我国周边势力的预警探测与拦截能力得到了全面提升。地面机动目标正面临着日趋严密的全频带、全方位、立体化组网预警探测威胁。传统雷达隐身材料基于1/4波长干涉相消原理设计，存在吸波频带窄、极化角度稳定差、厚度大、制备方法复杂等问题，无法满足现役地面机动目标全频段、全方位、轻质的隐身需求。本发明通过多层电阻型FSS的结构设计，可以解决传统吸波结构宽带吸波、极化角度稳定性与低剖面性能设计的难题，进而提升目标的雷达隐身性能。
2008年landy教授基于超材料的电磁谐振特性，提出了超材料吸波结构设计方法。该设计方法基于电磁谐振消耗电磁波，不受1/4波长限制，有效降低吸波结构厚度的同时提高吸收强度，但其谐振特性普遍呈现吸波带宽窄的缺点。现阶段拓宽吸波结构吸收带宽的方法包括单层结构多谐振设计、多层叠加、器件加载、磁性材料或电阻膜设计。然而，单层多谐振结构受Rozanov极限限制，其吸收频带有限，难以做到宽带吸收；多层叠加可以有效提升吸收带宽，但伴随着着厚度与重量的大幅度增加；加载器件可在宽带范围实现阻抗匹配，并使用贴片电阻引入欧姆损耗，具有良好的宽带吸波性能，在制备过程中需要大量的焊接芯片电阻，极大的增加了制备误差和加工复杂性；基于磁性介质的吸波结构由于高磁导率可有效降低整体厚度，并引入磁损耗，提高吸波效率，但其重量和制备难度较大；电阻膜制备损耗型FSS，可采用丝网印刷、激光刻蚀、喷墨打印等技术直接制备，具有制备简单，性能稳定的优点，并具有良好的宽带吸波特性。现阶段，公开设计的吸波结构频带多覆盖C波段及以上波段，且存在厚度大、频带窄的弊端，因此设计并制备一种工作在S-Ku超宽带范围，兼具极化/角度稳定性优异、厚度薄、重量轻、性能稳定的吸波结构是本领域的重点工作。
目前，要求超材料吸波结构在尽可能低厚度下实现S波段的宽带吸波特性。例如北京理工大学申请的中国专利《一种对称G型弯折结构的超宽带吸波体》(公开号：CN113410655A)中公开了一种具有空气层并加载贴片电阻的超宽带吸波体，该吸波体通过加载贴片实现C波段到X波段的宽带吸波，其不足之处是其每个周期单元结构外部使用12个贴片电阻，导致整体结构在制备过程中非常复杂，需要数量极多的贴片电阻，工作量极大，成本高，且大量贴片电阻在焊接过程中的误差累加极有可能导致吸波性能衰减，难以在实际工程中应用。另外航天科工武汉磁电有限责任公司申请的中国专利《一种基于双层导电膜的宽频透明吸波材料》(公开号：CN111628297A)采用双层电阻膜提出一种宽带透明吸波结构，采用ITO以及钠钙玻璃分别作为透明导电膜以及透明介质，但其在低频波吸收较差，在2-4GHz几乎没有吸波效果。上述两个专利均不具备S波段的吸波效果，吸波频带都不超过10GHz，难以适应日益复杂的电磁环境。因此如何提高超材料宽带吸波结构在低频段的吸波效果，并具有厚度薄、极化稳定等性能，是电磁吸波领域的重点和难点。
发明内容
本发明的目的在于针对目前超材料宽带吸波结构在S波段的低频段吸收性能较差，而超材料低频吸波结构的频带较窄(小于10GHz)的问题，改善目前吸波结构在2-18GHz的宽带吸波效果，本发明基于多层电阻型FSS设计并制备超宽带吸波结构，该结构具有质量轻、厚度薄、极化和入射角稳定性优异的特点，并能够实现S-Ku波段的宽带吸波效果。
本发明提供的结构设计及其制备方法，可使该型吸波结构实现S、C、X、Ku波段的超宽带电磁波吸收效果，并兼具有小型化、低剖面、极化不敏感、大角域稳定性好、制备方法简单、重量轻等优点。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，包括从上到下依次层叠的多个尺寸相同的正方型结构层，各结构层都为中心对称图形，依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、第一层介质层2、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、第二层介质层4、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5、第三层介质层6、金属背板7；
分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1包括衬底中心的分形方片电阻膜，分形方片电阻膜通过在正方型电阻膜四条边各自中点向正方型中心去除4个相同的矩形得到；
方环结构电阻型频率选择表面FSS3为衬底中心的方环形电阻膜；
弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5包括衬底上的4个弯曲线单元51，左上角的弯曲线单元51包括：位于上方横向上依次连接的多个横向方波结构511、连接在横向方波结构511下方的纵向上依次连接的纵向方波结构512，左上角的弯曲线单元51绕衬底中心依次顺时针旋转90°分别得到其余3个弯曲线单元51。
作为优选方式，分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5上的频率选择表面FSS材料选自导电碳浆、氧化铟锡、石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料、导电银浆其中一种。
作为优选方式，第一层介质层2、第二层介质层4、第三层介质层6材料选自聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料其中一种。
作为优选方式，金属背板7材料选择铜、铝、金、银其中一种。
本发明还提供一种所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，包括如下步骤：
①选用衬底材料，使用磁控溅射方法将电阻膜镀在衬底材料表面上，
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
③通过激光刻蚀技术在系列电阻膜上进行图案化刻蚀，分别制备阻值范围为20-40Ω/sq的分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、阻值范围为40-60Ω/sq的方环结构电阻型频率选择表面FSS3、阻值范围为130-180Ω/sq的弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板7；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
本发明还提供一种所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，包括如下步骤：
①选用衬底材料，分别通过丝网印刷得到分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5；
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板7；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
本发明的有益效果为：与传统采用金属FSS或者电阻加载方式相比，本发明解决了在低厚度下实现宽带吸波与低频吸波难以同时实现的问题。采用弯曲结构的电阻型FSS高容性特点降低吸波体低频谐振，再与方环与方片分形结构的电阻型FSS进行叠加实现宽带吸波，采用中心对称图形，使其具有极化稳定性。仿真结果表明该设计吸收频带为1.9～18GHz，且在2.4GHz、8.7GHz、14.8GHz、17.5GHz处存在四个吸收峰，相对带宽为161.8％，工作范围覆盖S到Ku波段，且整体厚度较薄，质量轻，加工简单。对样品进行加工制备，实验得测试结果表明，实验和仿真结果一致，在雷达隐身、电磁兼容等方面具有应用潜力。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是分形方片结构电阻型频率选择表面FSS的结构示意图；
图3是方环结构电阻型频率选择表面FSS的结构示意图；
图4是弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS的结构示意图；
图5是图4中的弯曲线单元的结构示意图；
图6是本发明实施例4不同极化角度下吸收率曲线变化图。
图7是本发明实施例4的TE极化下入射角度对吸收率曲线变化图。
图8是本发明实施例4的TM极化下入射角度对吸收率曲线变化图。
图9是本发明实施例4不同谐振频点处表面电流分布图。
1为分形方片结构电阻型频率选择表面FSS，2为第一层介质层，3为方环结构电阻型频率选择表面FSS，4为第二层介质层，5为弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS，51为弯曲线单元，511为横向方波结构，512为纵向方波结构，6为第三层介质层，7为金属背板。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
本实施例提供一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，包括从上到下依次层叠的多个尺寸相同的正方型结构层，各结构层都为中心对称图形，依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、第一层介质层2、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、第二层介质层4、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5、第三层介质层6、金属背板7；
分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1包括衬底中心的分形方片电阻膜，分形方片电阻膜通过在正方型电阻膜四条边各自中点向正方型中心去除4个相同的矩形得到；
方环结构电阻型频率选择表面FSS3为衬底中心的方环形电阻膜；
弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5包括衬底上的4个弯曲线单元51，左上角的弯曲线单元51包括：位于上方横向上依次连接的多个横向方波结构511、连接在横向方波结构511下方的纵向上依次连接的纵向方波结构512，左上角的弯曲线单元51绕衬底中心依次顺时针旋转90°分别得到其余3个弯曲线单元51。
分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5上的频率选择表面FSS材料选自导电碳浆、氧化铟锡、石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料、导电银浆其中一种。
第一层介质层2、第二层介质层4、第三层介质层6材料选自聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料其中一种。
金属背板7材料选择铜、铝、金、银其中一种。
实施例2
本实施例提供一种所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，包括如下步骤：
①选用衬底材料，使用磁控溅射方法将电阻膜镀在衬底材料表面上，
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
③通过激光刻蚀技术在系列电阻膜上进行图案化刻蚀，分别制备阻值范围为20-40Ω/sq的分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、阻值范围为40-60Ω/sq的方环结构电阻型频率选择表面FSS3、阻值范围为130-180Ω/sq的弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板7；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
实施例3
本实施例提供一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，包括如下步骤：
①选用衬底材料，分别通过丝网印刷得到分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5；
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板7；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
实施例4
本实施例提供一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及制备方法，制备方法具体如下：
①选用0.15mm厚的PET介质薄片，介电常数3，损耗角正切为0.006，使用磁控溅射方法将ITO薄膜镀在PET薄片表面上，
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
③通过激光刻蚀技术在系列ITO电阻膜上进行图案化刻蚀，分别制备阻值范围为20-40Ω/sq的分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、阻值范围为40-60Ω/sq的方环结构电阻型频率选择表面FSS3、阻值范围为130-180Ω/sq的弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5；
④选用介电常数1.1，损耗角正切为0.003的PMI泡沫介质材料，第一、第二、第三介质层从上到下厚度分别为4mm、6mm、5mm，利用环氧树脂将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀0.035mm厚的金属铜膜。
⑤最后通过裁剪、修形，制作了面积为200mm×200mm,、350mm×350mm、500mm×500mm的基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
本实施例提供的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，包括从上到下依次层叠的多个尺寸相同的正方型结构层，各结构层都为中心对称图形，依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1、第一层介质层2、方环结构电阻型频率选择表面FSS3、第二层介质层4、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5、第三层介质层6、金属背板7；
分形方片结构电阻型频率选择表面FSS1包括衬底中心的分形方片电阻膜，分形方片电阻膜通过在正方型电阻膜四条边各自中点向正方型中心去除4个相同的矩形得到；
方环结构电阻型频率选择表面FSS3为衬底中心的方环形电阻膜；
弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS5包括衬底上的4个弯曲线单元51，左上角的弯曲线单元51包括：位于上方横向上依次连接的多个横向方波结构511、连接在横向方波结构511下方的纵向上依次连接的纵向方波结构512，左上角的弯曲线单元51绕衬底中心依次顺时针旋转90°分别得到其余3个弯曲线单元51。
本实施例的基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构其余详细结构参数如下表：
该方案的关键技术在于：提出一种新型弯曲结构的电阻型FSSS用以优化低频吸收性能，该结构具有大量曲线结构，可有效增加表面电流的有效面积，在结构中产生的较大等效电容值，从而提高低频谐振性能，并结合分形方片与方环电阻型FSS提高中高频处的吸收性能，实现宽带吸波效果。该结构中间介质基板材料采用PMI泡沫，可有效减少整体重量。该超材料吸波结构的基本单元采用中心对称结构，因此具有良好的极化稳定性。
如图6所示，在极化角度从0°逐渐增加到90°时，可以看出当电磁波垂直入射情况下，入射电磁波的极化方向对其吸收率曲线几乎没有影响。这时由于该超材料宽带吸波结构周期单元呈中心对称，因此在TE极化(phi＝0°)和TM极化(phi＝90°)的吸收率曲线一致。而入射电磁波极化角度分别15°、30°、45°、60°、75°时的吸收率曲线也没有明显改变，因此该超材料宽带吸波结构具有优良的极化不敏感性。
如图7所示，在TE极化下，入射角度在10°-60°范围内变化时，吸收率随入射角度增加而衰减，当入射角为30°时，整体吸收率曲线变化较小，性能几乎不受影响。当入射角增加到45°时，吸收性能继续减弱，在1.9-18GHz内可保持80％以上的吸收效果。继续增加到60°时，1.9-18GHz内吸收率衰减到90％。因此在TE模式下具有良好的角度稳定性。
如图8所示，在TM极化下，入射角度在10°-60°范围内变化时，吸收率随入射角度增加而衰减，当入射角为45°时，低频谐振点逐渐向高频移动，高频吸收影响不受影响。能够在3-18GHz内保持90％以上吸收效果。入射角增加到60°时，低频性能继续减弱，在6-18GHz保持90％以上吸收效果。在TM极化下具有良好的入射角稳定性。
如图9所示，电阻型FSS在主要三个主要谐振频点2.4GHz、8.7GHz、17.5GHz的表面电流分布情况。在最低谐振点2.4GHz处，表面电流主要集中在底层弯曲线结构FSS，该谐振点主要由该间电磁谐振产生。在中间谐振点8.7GHz处，表面电流主要集中在中层和下层图案的电场方向，该谐振点主要由中下两层电阻层间耦合产生。在高频谐振点17.5GHz处，表面电流主要集中在顶层图案中间，可知该谐振点主要由顶层图案内部谐振产生。因此，不同结构的电阻型FSS对不同谐振频点贡献不同，而弯曲线结构的电阻型FSS体现了其优异的低频性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，其特征在于，包括从上到下依次层叠的多个尺寸相同的正方型结构层，各结构层都为中心对称图形，依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS(1)、第一层介质层(2)、方环结构电阻型频率选择表面FSS(3)、第二层介质层(4)、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS(5)、第三层介质层(6)、金属背板(7)；
分形方片结构电阻型频率选择表面FSS(1)包括衬底中心的分形方片电阻膜，分形方片电阻膜通过在正方型电阻膜四条边各自中点向正方型中心去除4个相同的矩形得到；
方环结构电阻型频率选择表面FSS(3)为衬底中心的方环形电阻膜；
弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS(5)包括衬底上的4个弯曲线单元(51)，左上角的弯曲线单元(51)包括：位于上方横向上依次连接的多个横向方波结构(511)、连接在横向方波结构(511)下方的纵向上依次连接的纵向方波结构(512)，左上角的弯曲线单元(51)绕衬底中心依次顺时针旋转90°分别得到其余3个弯曲线单元(51)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，其特征在于：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS(1)、方环结构电阻型频率选择表面FSS(3)、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS(5)上的频率选择表面FSS材料选自导电碳浆、氧化铟锡、石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料、导电银浆其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，其特征在于：第一层介质层(2)、第二层介质层(4)、第三层介质层(6)材料选自聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料其中一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构，其特征在于：金属背板(7)材料选择铜、铝、金、银其中一种。
5.权利要求1至4任意一项所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①选用衬底材料，使用磁控溅射方法将电阻膜镀在衬底材料表面上；
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
③通过激光刻蚀技术在系列电阻膜上进行图案化刻蚀，分别制备阻值范围为20-40Ω/sq的分形方片结构电阻型频率选择表面FSS(1)、阻值范围为40-60Ω/sq的方环结构电阻型频率选择表面FSS(3)、阻值范围为130-180Ω/sq的弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS(5)；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板(7)；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
6.权利要求1至4任意一项所述的一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①选用衬底材料，分别通过丝网印刷得到分形方片结构电阻型频率选择表面FSS(1)、方环结构电阻型频率选择表面FSS(3)、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS(5)；
②采用四探针测试仪测试连续电阻膜的表面电阻，分别制备阻值为20-40Ω/sq、40-60Ω/sq、130-180Ω/sq的系列连续电阻膜；
④选用介质材料，将各层材料按顺序粘接成为整体，并在材料底部刻蚀金属背板(7)；
⑤最后通过裁剪、修形，得到基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210283511.3A CN114597672B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210283511.3A CN114597672B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114597672A true CN114597672A (zh) | 2022-06-07 |
| CN114597672B CN114597672B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=81820159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210283511.3A Active CN114597672B (zh) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | 基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114597672B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115411531A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-29 | 广东威神装备科技有限公司 | 一种基于内嵌方形环图案的高吸收宽带吸波结构 |
| CN116864997A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-10-10 | 中国矿业大学 | 基于电阻膜的超宽带低剖面超材料吸波体 |
| CN117374604A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-09 | 中南大学 | 一种基于pin二极管的有源频率选择表面结构 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103700951A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 复合介质双层fss结构srr金属层超轻薄吸波材料 |
| CN108270085A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-07-10 | 南京航空航天大学 | 吸透一体频率选择表面结构 |
| KR20180134033A (ko) * | 2017-06-08 | 2018-12-18 | 충북대학교 산학협력단 | 다층 구조의 박형 초광대역 전파흡수체 |
| US20190386364A1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-12-19 | Edward Liang | Angle of incidence-stable frequency selective surface device |
| KR102129386B1 (ko) * | 2019-09-16 | 2020-07-02 | 충북대학교 산학협력단 | 고 정전용량의 나선형 주파수선택표면을 이용한 초광대역 전파흡수체 |
| CN113782975A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-10 | 华中科技大学 | 一种透波介质板-电阻膜频率选择表面复合吸波装置 |
| CN215989260U (zh) * | 2021-06-29 | 2022-03-08 | 深圳市华讯方舟微电子科技有限公司 | 一种频选装置及电子*** |
-
2022
- 2022-03-22 CN CN202210283511.3A patent/CN114597672B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103700951A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 复合介质双层fss结构srr金属层超轻薄吸波材料 |
| KR20180134033A (ko) * | 2017-06-08 | 2018-12-18 | 충북대학교 산학협력단 | 다층 구조의 박형 초광대역 전파흡수체 |
| CN108270085A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-07-10 | 南京航空航天大学 | 吸透一体频率选择表面结构 |
| US20190386364A1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-12-19 | Edward Liang | Angle of incidence-stable frequency selective surface device |
| KR102129386B1 (ko) * | 2019-09-16 | 2020-07-02 | 충북대학교 산학협력단 | 고 정전용량의 나선형 주파수선택표면을 이용한 초광대역 전파흡수체 |
| CN215989260U (zh) * | 2021-06-29 | 2022-03-08 | 深圳市华讯方舟微电子科技有限公司 | 一种频选装置及电子*** |
| CN113782975A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-10 | 华中科技大学 | 一种透波介质板-电阻膜频率选择表面复合吸波装置 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| R. M. S. CRUZ, P. H. DA F. SILVA, AND A. G. D’ASSUNC¸ A˜ O: "Neuromodeling stop band properties of Koch Island patch elements for FSS filter design", 《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》 * |
| R. M. S. CRUZ, P. H. DA F. SILVA, AND A. G. D’ASSUNC¸ A˜ O: "Neuromodeling stop band properties of Koch Island patch elements for FSS filter design", 《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 3014 - 3019 * |
| 左伟庆: "UHF频段超材料吸波体宽带小型化研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)》 * |
| 左伟庆: "UHF频段超材料吸波体宽带小型化研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)》, 15 March 2018 (2018-03-15), pages 19 - 29 * |
| 程用志等: "基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计", 《物理学报》 * |
| 程用志等: "基于电阻膜与分形频率选择表面的超薄宽频带超材料吸波体的设计", 《物理学报》, no. 04, 23 February 2013 (2013-02-23) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115411531A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-29 | 广东威神装备科技有限公司 | 一种基于内嵌方形环图案的高吸收宽带吸波结构 |
| CN116864997A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-10-10 | 中国矿业大学 | 基于电阻膜的超宽带低剖面超材料吸波体 |
| CN116864997B (zh) * | 2023-06-05 | 2024-01-23 | 中国矿业大学 | 基于电阻膜的超宽带低剖面超材料吸波体 |
| CN117374604A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-09 | 中南大学 | 一种基于pin二极管的有源频率选择表面结构 |
| CN117374604B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-06-04 | 中南大学 | 一种基于pin二极管的有源频率选择表面结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114597672B (zh) | 2024-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sheokand et al. | Transparent broadband metamaterial absorber based on resistive films | |
| CN114597672B (zh) | 基于多层电阻型fss的超宽带吸波结构及制备方法 | |
| CN112615165B (zh) | 基于多模电阻的多层宽频超材料吸波体及其设计方法 | |
| Yang et al. | Polarization insensitive and transparent frequency selective surface for dual band GSM shielding | |
| Li et al. | Ultrabroadband metamaterial absorber based on effectively coupled multilayer HIS loaded structure with dallenbach layer | |
| Zhang et al. | A broadband tunable frequency selective surface absorber for oblique incidence applications | |
| WO2023160435A1 (zh) | 一种兼具超宽带微波吸收与散射的光学透明漫反射吸波体 | |
| Lai et al. | A high-performance ultra-broadband transparent absorber with a patterned ITO metasurface | |
| Sun et al. | An ultrawideband frequency selective surface absorber with high polarization-independent angular stability | |
| CN114179466A (zh) | 隐身贴片 | |
| CN114142246B (zh) | 一种基于渐变阻抗的宽频大角度超材料吸波体及制备方法 | |
| Zhao et al. | Active metasurface microwave absorber with reconfigurable bandwidth and absorption intensity | |
| CN116826390A (zh) | 一种超宽带大角域超材料吸波体 | |
| CN114122738B (zh) | 一种基于ito电阻膜的透明宽带电磁吸波器 | |
| CN114122743B (zh) | 一种单元小型化的吸波/透波装置 | |
| CN113471714A (zh) | 一种基于3d打印的超宽带分形介质谐振吸波器及方法 | |
| Kantikar et al. | Resistive FSS based radar absorbing structure for broadband applications | |
| Li et al. | Broadband absorber of impedance dispersion lossy patterned resistive films | |
| Khanna et al. | A single layer wideband metasurface absorber for electromagnetic interference minimization in Ku-band applications | |
| Xu et al. | Radar absorbing material applied to precise RCS regulation of complex scatterer structure | |
| CN113690626A (zh) | 一种大角度的宽带超材料吸波结构及其设计方法 | |
| Malik et al. | Resistive ink based microwave absorber for S and C-band with 99% absorption | |
| Lv et al. | A broadband absorber with resistive frequency selective surface | |
| Chaitanya et al. | Polarization Independent Super Thin Metamaterial Microwave Broadband Absorber for X-Band Application | |
| Panwar et al. | Critical analysis of fractal FSS with heterogeneous composite to enhance microwave absorption for stealth application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |