CN116349419A - 电磁波吸收器 - Google Patents

电磁波吸收器 Download PDF

Info

Publication number
CN116349419A
CN116349419A CN202180069534.8A CN202180069534A CN116349419A CN 116349419 A CN116349419 A CN 116349419A CN 202180069534 A CN202180069534 A CN 202180069534A CN 116349419 A CN116349419 A CN 116349419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic wave
wave absorber
wiring pattern
wiring
substrate
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.)
Pending
Application number
CN202180069534.8A
Other languages
English (en)
Inventor
川村昂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Group Corp
Original Assignee
Sony Group Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Group Corp filed Critical Sony Group Corp
Publication of CN116349419A publication Critical patent/CN116349419A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • H05K9/0088—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising a plurality of shielding layers; combining different shielding material structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/0218—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference by printed shielding conductors, ground planes or power plane
    • 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
    • H01Q17/007—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with means for controlling the absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/162—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09218—Conductive traces
    • H05K2201/09263—Meander

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

提供一种电磁波吸收器，其能够在减小单位结构尺寸的同时进一步扩展适用对象，同时提高布置自由度。电磁波吸收器201包括基板202、安装在基板的一个表面上的第一布线图案203、和安装在与该表面相对的另一表面上的第二布线图案204，第一布线图案203包括平行于产生外部电场的方向延伸的线路部211、其中由外部电场产生电势差的电容部212、以及将线路部的每一端与电容部连接的第一连接部213和第二连接部214，并且第二布线图案204包括线材部221和延长部222、223，线材部与线路部同向延伸并且布置在与线路部相对的位置，延长部从线材部的端部弯折而分叉。

Description

电磁波吸收器
技术领域
本技术涉及一种电磁波吸收器，更具体地，涉及一种使用布置在基板的两个表面上的布线图案来吸收电磁波的电磁波吸收器。
背景技术
近年来，许多发射电磁波的电子设备(例如无线通信设备、医疗设备和家用电器)已被用于各个领域。电子设备发出的不必要的电磁波有可能导致电子设备、周围设备等出现故障，或者损害人体健康。为了抑制这种影响，已经提出了吸收或屏蔽不需要的电磁波的电磁波吸收器和电磁波屏蔽件。
例如，专利文献1提出了一种具有超材料(metamaterial)结构的电磁波吸收器，该超材料结构设置有至少一对以预定间隙彼此相对的开口环导体，这一对开口环导体通过通孔导体电连接。
此外，专利文献2提出了一种用于屏蔽具有特定频率的电磁波的电磁波屏蔽材料，该电磁波屏蔽材料包括基板和布置在基板上的多个谐振回路，多个谐振回路布置为相互磁耦合，并且每个谐振回路形成LC并联谐振电路并在特定频率处谐振。
此外，非专利文献1提出了一种具有超材料结构的吸收器，其几乎完全吸收从一个表面入射的特定线性偏振波分量的电磁波，而不使用诸如铁氧体这样的损耗材料。非专利文献1的吸收器不具有固体GND表面，因此能够透射特定吸收频率以外的频率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-110325号公报
专利文献2：国际公开第2018/189983号
非专利文献
非专利文献1：N.I.Landy,S.Sajuyigbe,J.J.Mock,D.R.Smith,and W.J.Padilla,“A Perfect Metamaterial Absorber”,Phys.Rev.Lett.100,207402(2008)。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1和专利文献2的技术中，未能提出在减小单位结构尺寸的同时扩展适用对象的解决方案，需要进一步开发同时满足这两者的电磁波吸收器。
此外，非专利文献1的技术仅使用绘制有金属布线图案的基板即可廉价地构成，但需要周期性结构，并且因此如果没有一定数量的单元，则难以获得充分的效果。在此，非专利文献1中记载的单位结构体(单位单元)的长边的尺寸大到λ/2左右，考虑其实际应用时存在适用对象有限的问题。例如，假设至少需要3×3个单元才能获得足够的吸收特性，那么只能安装在具有大约1.4λ×0.5λ或更大的大平面的物体。
因此，本技术的主要目的是提供一种电磁波吸收器，其能够在减小单位结构尺寸的同时进一步扩展适用对象，同时提高布置自由度。
问题的解决方案
根据本技术的电磁波吸收器包括：基板、安装在基板的一个表面上的第一布线图案、和安装在与该表面相对的另一表面上的第二布线图案，第一布线图案包括平行于产生外部电场的方向延伸的线路部、由外部电场产生电势差的电容部、以及将线路部的每一端与电容部连接的第一连接部和第二连接部，并且第二布线图案包括线材部和延长部，线材部与线路部同向延伸并且布置在与线路部相对的位置处，延长部从线材部的一端弯折而分叉。这里，延长部是指具有多个弯曲部分的布线部分，并且因此其总长度比以最短距离连接延长部两端的线段的总长度更长。
发明效果
根据本技术，可以提供一种电磁波吸收器，该电磁波吸收器能够在减小单位结构尺寸的同时进一步扩展适用对象，同时提高布置自由度。注意，上述效果不一定受限，并且作为上述效果的补充或代替，可以是本说明书中说明的任何效果或可以从本说明书中掌握的其他效果。
附图说明
图1是示出根据现有技术的电磁波吸收器的构造示例的示意图。
图2是示出根据本技术第一实施方式的电磁波吸收器的构造示例的透视图。
图3是示出根据本技术第一实施方式的电磁波吸收器的构造示例的平面图。
图4是示出根据本技术第一实施方式的电磁波吸收单元的构造示例的示意图。
图5是示出根据本技术第一实施方式的电磁波吸收器的电磁波吸收率的示例的示意图。
图6是示出根据本技术第一实施方式的电磁波吸收器的电磁波吸收率的示例的示意图。
图7是示出电磁波吸收率与根据本技术实施方式的电磁波吸收器的操作频率之间的关系的图表。
图8是示出根据本技术第二实施方式的电磁波吸收器的构造示例的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述用于执行本技术的优选实施方式。下文中要描述的实施方式图示了本技术的代表性实施方式的示例，并且可以与任何实施方式组合。此外，本技术的范围不由这些狭义地解释。注意，将按照以下顺序给出描述。
1.第一实施方式
(1)传统的电磁波吸收器的构造示例
(2)电磁波吸收器201的构造示例
(3)电磁波吸收器201的操作示例
(4)电磁波吸收单元200的构造示例
(5)示例(模拟)
2.第二实施方式
3.其他适用用途
1.第一实施方式
(1)传统的电磁波吸收器的构造示例
首先，将参考图1描述传统电磁波吸收器的构造示例。图1是示出根据现有技术的电磁波吸收器的构造示例的示意图。图1A是示出根据现有技术的电磁波吸收单元(电磁波吸收片)的构造示例的透视图。图1B是示出作为图1A所示的电磁波吸收单元的单位结构体(单位单元)的电磁波吸收器的构造示例的放大透视图。
如图1A所示，根据现有技术的电磁波吸收单元100例如具有超材料结构，其中单位结构体排列在电介质中，每个单位结构体的尺寸都足够小于电磁波的波长并且在其中具有谐振器。注意，作为示例，超材料的单位结构体(谐振器)之间的间隔被设置为要使用的电磁波的波长的约1/10以下，或者约1/5以下。
通过这样的结构，能够人为地控制超材料的介电常数ε和/或磁导率μ，并且能够人为地控制超材料的折射率n(＝±[ε·μ]1/2)。特别地，在超材料中，通过适当地调整例如单位结构体的形状、尺寸等，可以将折射率相对于具有期望波长的电磁波设定为负值，以同时实现负介电常数和负磁导率。
同时，在根据LC电路理论将超材料描述为电路的情况下，超材料的谐振(工作)频率ω由电感L和电容C确定，并且谐振频率随着电感L和电容C增加而变低。即，如果提供具有大电感L和大电容C的高密度结构，那么即使是具有小尺寸的超材料也可以对具有长波长(＝低频率)的波起作用。
如图1B所示，作为电磁波吸收单元100的单位结构体的电磁波吸收器101例如以与非专利文献1中描述的单位单元类似的构造形成。电磁波吸收器101包括：具有矩形平面形状的基板102；其安装在入射有电磁波的基板102的上表面上的第一布线图案103；和安装在基板102的、与上表面相对的下表面上的第二布线图案104。第一布线图案103和第二布线图案104例如使用金属布线形成。
第一布线图案103包括：平行于产生外部电场的方向延伸的线路部111；由外部电场产生电位差的一对电容部112；以及将线路部111的两端与每个电容部112连接的连接部113。
线路部111布置于基板102的宽度方向上的中央位置，从而在与基板102的延伸方向平行的方向上延伸。一对电容部112从线路部111对称地布置于基板102的宽度方向上的两侧。线路部111、电容部112和连接部113在线路部111的两侧分别构成一个闭合电路。
第二布线图案104具有与第一布线图案103的线路部111同方向延伸但布置在与线路部111相对的位置处的线材部121。与线路部111类似，线材部121布置于基板102的宽度方向上的中央位置，从而在与基板102的延伸方向平行的方向上延伸。
如图1B所示，考虑以下情况：在电磁波吸收器101外部上方与线路部111平行的方向上存在外部电场E，在线路部111的宽度方向上存在与外部电场E正交的外部磁场H，并且电磁波k入射在电磁波吸收器101的上表面上。
在电磁波k入射到电磁波吸收器101的上表面的情况下，首先，由外部电场E感应在第一布线图案103的线路部111的延伸方向(图1B中的箭头方向)上流动的电流。接下来，由外部电场E感应的LC谐振电流ILC流过在线路部111两侧形成的每个闭合电路。然后，产生与外部磁场H磁耦合的磁场的环电流IH以彼此相反的方向流过线路部111和线材部121。因此，电磁波吸收器101能够吸收入射到上表面的电磁波k并抑制电磁波透射。
这里，作为示例，具有与非专利文献1中描述的单位单元的结构类似的结构的电磁波吸收器101具有长边12.0mm×短边4.2mm×厚度0.65mm的单位单元尺寸。当使用电磁波k的波长λ时，单位单元尺寸可以表示为长边0.466λ×短边0.163λ×厚度0.0252λ。因此，在长边方向上需要大约λ/2的单位单元尺寸，这在2.4GHz频段中对应于约60mm的尺寸，在5G Hz频段中对应于约30mm的尺寸，在28GHz频段中对应于约5mm的尺寸。
由于超材料需要周期性结构，所以如果没有一定数量的单位单元，则难以获得足够的电磁波吸收特性效果。于是，例如，假设为了使用电磁波吸收器101形成具有超材料结构的电磁波吸收单元100，需要3×3个单元或更多的电磁波吸收器101，电磁波吸收器101仅能够应用于具有1.4λ×0.5λ或更大安装表面的物体。
因此，将在本实施方式中描述一种电磁波吸收器的构造示例，其能够在减小作为超材料的单位结构体的电磁波吸收器的尺寸的同时，进一步扩展适用对象，同时还能够提高布置自由度。
(2)电磁波吸收器201的构造示例
将参照图2和3描述根据本技术的第一实施方式的电磁波吸收器201的构造示例。图2是表示根据本实施方式的电磁波吸收器201的构造示例的透视图。图3A是示出基板的、其上安装有电磁波吸收器201的第一布线图案的一个表面的平面图。图3B是表示基板的、其上安装有电磁波吸收器201的第二布线图案的另一表面的平面图。电磁波吸收器201是超材料的单位结构体，并能够控制电磁波、声波等的脉冲。
如图2所示，电磁波吸收器201包括例如具有矩形平面形状的基板202、安装在上表面(基板102的入射有电磁波的一个表面)上的第一布线图案203、和安装在下表面(与基板102的上述一个表面相对的另一表面)上的第二布线图案204。第一布线图案203和/或第二布线图案204例如形成为超材料结构。
作为示例，基板202是具有上表面和下表面的多层基板，并且可以通过诸如用粘合剂将电介质基板彼此粘合这样的通用制造方法来制造。本实施方式的基板202的纵横比(长边/短边)为1.5以上。因此，可以实现具有更小面积的电磁波吸收器201。
这里，在基板202厚到难以忽略第一布线图案203的表面和第二布线图案204的表面之间的外部电磁场的相位差的情况下，与外部磁场的耦合减弱，这导致吸收率下降。从这个观点来看，优选不要将基板202加厚到一定程度以上。因此，作为示例，基板202的厚度形成为比有效波长的1/5更薄。因此，可以保持高吸收率。
如图2和图3A所示，第一布线图案203包括：与产生外部电场的方向平行延伸的线路部211；由外部电场产生电势差的一对电容部212；以及将线路部211的两端与每个电容部212连接的第一连接部213和第二连接部214。
在电容部212和第一连接部213之间形成有蜿蜒以延伸了布线长度的第一曲折部215。类似地，在电容部212和第二连接部214之间形成有蜿蜒以延伸了布线长度的第二曲折部216。这里，曲折部是指具有多个锯齿状弯曲部的布线部，并且因此其总长度比以最短距离连接曲折部两端的线段更长。注意，第一曲折部215和第二曲折部216的形状不限于本实施方式的形状，而可以是延伸有布线长度的任何形状。
线路部211布置在基板202的宽度方向上的中央位置，从而在与基板202的延伸方向平行的方向上延伸。一对电容部212相对于线路部211对称地设置在基板202的宽度方向上的两侧。线路部211、电容部212、第一连接部213、第一曲折部215、第二连接部214和第二曲折部216在线路部211的每一侧上构成一个闭合电路C1。优选地设置高密度使得闭合电路C1中的第一曲折部215和第二曲折部216的总布线长度是线路部211在延伸方向上的长度的两倍以上。此外，线路部211的宽度优选地比第一布线图案203的其他布线部分的宽度更宽。
如图2和图3B所示，第二布线图案204具有线材部221，线材部221与第一布线图案203的线路部211同方向延伸，并被布置在与线路部211相对的位置处。
与线路部211类似，线材部221设置在基板202的的宽度方向上的中央位置，从而在与基板202的延伸方向平行的方向上延伸。第二布线图案204包括第一延长部222和第二延长部223，第一延长部222和第二延长部223被分叉，以在宽度方向上从线材部221的两端对称地弯折。第一延长部222和第二延长部223布置在电磁波吸收器201的下表面上的有效位置处。
线材部221、第一延长部222和第二延长部223在线材部221的两侧各构成一个开路。此外，线材部221的宽度优选比第二布线图案204的其他布线部分的宽度更宽。注意，第一延长部222和第二延长部223的形状不限于本实施方式的形状，而可以是延伸有布线长度的任何形状。
第一延长部222的每一远端朝向基板202在延伸方向上的一端延伸。第二延长部223的每一远端朝向基板202在延伸方向上的另一端延伸。第一延长部222和第二延长部223以高密度结构形成，并且布置在不与电容部212、第一连接部213和第二连接部214重叠的位置处。这里，高密度是指延长部的总布线长度大于或等于线材部的长度，例如为两倍或更多。因此，防止了基板202的上表面和下表面之间的不必要的谐振，并且降低了难以控制的电磁耦合，因而容易实现期望的特性。
如上所述，第一布线图案203形成为相对于线路部211的宽度方向上的中心轴和/或延伸方向上的中心轴对称。此外，第二布线图案204形成为相对于线材部221的宽度方向上的中心轴和/或延伸方向上的中心轴对称。注意，第二布线图案204的厚度优选地大于第一布线图案203的厚度。随着厚度增加，该部分的电阻减小，因此电流容易流过第二布线图案204。因此，由于电流容易流过线材部221，所以电磁波吸收器201容易耦合到外部磁场，从而可以增加吸收率。
(3)电磁波吸收器201的操作示例
接下来，将参考图2和3描述根据本实施方式的电磁波吸收器201的操作示例。类似于图1B，考虑如下情况：在电磁波吸收器201的上表面外侧上方在平行于线路部211的方向上存在外部电场E，在线路部211的宽度方向上存在与外部电场E正交的外部磁场H，电磁波k入射到电磁波吸收器201的上表面。
在电磁波k入射到电磁波吸收器201的上表面的情况下，首先，由外部电场E感应出在第一布线图案203的线路部211的延伸方向上流动的电流。接下来，由外部电场E感应的LC谐振电流ILC流过形成在线路部211两侧的每个闭合电路C1。
以此方式，通过入射在电磁波吸收器201的上表面上的电磁波k在每个电容部212中产生电势差，每个闭合电路C1作为LC谐振电路操作。当每个电容部212的电感为C，各闭合电路C1的总电感为L时，谐振频率f由下式(1)表示。
f ＝ 1 / {2π · (LC)1/2} ... (1)
电磁波吸收器201可以通过在第一布线图案203的每个闭合电路C1中形成第一曲折部215和第二曲折部216来增加闭合电路C1的电感L，从而与现有技术相比，可以实现降低的谐振频率f。因此，当在相同的谐振频率f下进行比较时，电磁波吸收器201可以形成得比现有技术中的电磁波吸收器更小。
另外，产生与外部磁场H耦合的磁场的环电流IH在延伸方向上沿彼此相反的方向流过线路部211和第二布线图案204的线材部221。以此方式，在电磁波吸收器201中，电流以与线路部211相反的方向流过线材部221，并且由该环电流IH形成的平行于电磁波吸收器201的宽度方向的磁场与外部磁场H耦合，从而产生吸收入射电磁波k的效果。
此时，为了促进与外部磁场H的耦合，包括线材部221的开路的电长度需要足够长。由于电磁波吸收器201在宽度方向上的两侧具有从线材部221的两端分叉而弯曲的第一延长部222和第二延长部223，因此即使减小电磁波吸收器201在延伸方向上的尺寸，也能够与现有技术类似地或比现有技术更好地促进与外部磁场H的耦合。
因此，电磁波吸收器201可以形成为在延伸方向上具有小于λ/2的尺寸，现有技术中的尺寸例如为大约λ/2。也就是说，在被制造成具有与现有技术相同的尺寸的情况下，电磁波吸收器201可以以低于现有技术的频率操作。
利用根据本实施方式的电磁波吸收器201，两个布线表面分别形成为具有曲折部和延长部的高密度结构，因此与现有技术相比，能够大幅缩小单位单元尺寸，同时保持电磁波吸收性能。因此，根据电磁波吸收器201，能够在减小单位结构尺寸的同时，与现有技术相比扩展适用对象，且同时能够提高布置自由度。注意，电磁波吸收器201不仅可以反射电磁波，还可以吸收电磁波。
(4)电磁波吸收单元200的构造示例
接下来，将参照图4描述根据本实施方式的电磁波吸收单元(电磁波吸收片)200的构造示例。图4A是示出根据现有技术的电磁波吸收单元100的构造示例的示意图。图4B是示出根据本实施方式的电磁波吸收单元200的构造示例的示意图。
如图4A所示，根据现有技术的电磁波吸收单元100形成为例如周期性结构，其中电磁波吸收器101被周期性地排列。此外，单元区域S1表示电磁波吸收单元100中电磁波吸收器101的3×3个单元大小的区域。如上所述，与非专利文献1中所述单位单元具有类似尺寸的电磁波吸收器101的面积为长边0.466λ×短边0.163λ(厚度0.0252λ)。
如图4B所示，根据本实施方式的电磁波吸收单元200形成为例如周期性结构，其中电磁波吸收器201被周期性地排列。此外，单元区域S2表示电磁波吸收单元200中电磁波吸收器201的3×3个单元大小的区域。通过具有上述结构，可以将具有与现有技术的电磁波吸收器101类似效果的电磁波吸收器101的面积设置为长边0.177λ×短边0.0887λ(厚度0.0355λ)。
以这种方式，与根据现有技术的电磁波吸收单元100相比，电磁波吸收单元200的面积比约为21％(体积比约为29％)，可以大大减小尺寸。因此，电磁波吸收单元200可以进一步扩展适用对象，同时可以提高布置自由度。
(5)示例(模拟)
接下来，描述使用本实施方式的电磁波吸收器201的电磁波吸收单元300的电磁波吸收率的示例(模拟)。图5A是示出在电磁波吸收器201的宽度方向的两个侧面上设置周期性边界条件的结构的示意图。图5B是示出在电磁波吸收器201的延伸方向的两个端面上设置周期性边界条件的结构的示意图。
首先，将描述本示例(模拟)的技术。通过有限元法(finite element method,FEM)的三维电磁场分析用作本实施方式的分析技术。此外，高频结构模拟器(high frequencystructure simulator,HFSS)用作本示例的软件。
具有电磁波吸收器201作为单位结构体的电磁波吸收单元300用于本示例的建模。本示例的电磁波吸收器201的尺寸为长边8mm×短边4mm×厚度1.6mm，介电常数εr＝3.66。在本示例中，电磁波吸收器201在6.65GHz的频率下操作。注意，根据本示例的基板202的纵横比(长边/短边)设置为2。这里，在本示例中，有效波长＝波长λ/(3.66)1/2≈23.6mm。因此，厚度的有效波长比约为1/15，短边的有效波长比约为1/6。
如图5A所示，电磁波吸收单元300包括电磁波吸收器201和在电磁波吸收器201的宽度方向的两个侧表面上设置的周期性边界条件表面301。这里，周期性边界条件是相对表面的电磁场相同的条件，这使得能够模拟无限周期结构。进一步地，如图5B所示，电磁波吸收单元300可以包括在电磁波吸收器201的延伸方向的两个端面上设置的周期性边界条件表面302。
此外，在电磁波吸收单元300的电磁波吸收器201的上方和下方形成空气区域(或真空区域)R1和R2。空气区域R1和R2中的每一个只需要形成在垂直方向上的λ/4以上的高度处。
接下来，参考图6，将描述设置被称为端口的表面以作为电磁波吸收单元300的***的功率入口或出口。图6A为功率端口设置在电磁波吸收器201上方的结构示意图。图6B为功率端口设置在电磁波吸收器201下方的结构示意图。在本示例中，与图5所示的周期性边界条件301和302结合使用的称为“Floquet Port”的技术被用于具有诸如超材料的周期性结构的电磁波吸收单元300。
如图6A所示，电磁波吸收单元300包括电磁波吸收器201上方的功率端口表面303。此外，如图6B所示，电磁波吸收单元300包括电磁波吸收器201下方的功率端口表面304。功率端口表面303和304是电磁波吸收单元300的***的功率入口和出口。
由于从根据本示例的分析结果获得的值是作为功率端口表面303和功率端口表面304之间的电功率平衡的S参数，因此显现出包括电磁波吸收器201的基板202的上表面和下表面的空气特性的特性。然而，期望获得的值只是基板202的特性。
因此，从由分析结果获得的值中减去空气的传递系数，以仅提取基板202的特性。从如此获得的仅基板202的S参数，通过以下式(2)计算电磁波相对于来自功率端口表面303的入射波的吸收率(Abs)。
这里，在式(2)中，将基板202的上表面的传递系数设为S11，将下表面的传递系数设为S21。
Abs ＝ 1 - |S11|2 - |S21|2... (2)
接下来，将参照图7描述根据本示例的电磁波吸收单元300中的电磁波吸收器201的电磁波吸收率。图7是示出了在电磁波吸收器201的操作频率与电磁波吸收率之间的关系的图表。图7的横轴表示电磁波吸收器201的操作频率。图7的纵轴表示电磁波吸收器201的电磁波吸收率。
图7中所示的曲线L1和曲线L2表示因电磁波吸收器201吸收的电磁波的“偏振波”的不同而相对于来自功率端口表面303的入射波的吸收率。曲线L1表示类似于图1A所示的电磁波的电磁波吸收器201的长边方向与电场E的矢量一致的偏振波的吸收率。曲线L2表示电场E和磁场H的矢量方向与图1A所示的电磁波相反的偏振波的吸收率。
如图7所示，在曲线L1的情况下，频率在6.65GHz附近具有峰值，电磁波吸收率为95％以上(0.9534)。另一方面，在曲线L2的情况下，频率在9.95GHz附近具有峰值，电磁波吸收率为8％以下(小于0.08)。
根据本实施方式，发现以电磁波吸收器201的周期结构形成的电磁波吸收单元300可以以极高的精度吸收电磁波吸收器201的长边方向与电场E的矢量一致的电磁波的偏振波。
2.第二实施方式
接下来，将参照图8描述根据本技术的第二实施方式的电磁波吸收器401的构造示例。图8A是示出基板的、其上安装有电磁波吸收器401的第一布线图案的一个表面的平面图。图8B是表示基板的、其上安装有电磁波吸收器401的第二布线图案的另一表面的平面图。
电磁波吸收器401与根据第一实施方式的电磁波吸收器201的不同之处在于第一布线图案和第二布线图案不对称地形成在各个表面上。电磁波吸收器401的其他结构与电磁波吸收器201的结构类似。
如图8A和8B所示，电磁波吸收器401例如包括：具有矩形平面形状的基板402；安装在上表面(基板402的入射有电磁波的一个表面)上的第一布线图案403；安装在下表面(基板402的与上述一个表面相对的另一表面)上的第二布线图案404。第一布线图案403和/或第二布线图案404例如由超材料结构形成。
如图8A所示，第一布线图案403具有：与生成外部电场的方向平行地延伸的线路部411；由外部电场产生电势差的电容部412；以及将线路部411的两端与电容部412连接的第一连接部413和第二连接部414。在电容部412和第一连接部413之间形成有蜿蜒以延伸了布线长度的曲折部415。
作为示例，线路部411朝向图8A的纸面被布置在基板402的宽度方向的右侧沿着与基板402的延伸方向平行的方向延伸。电容部412朝向图8A的纸面被布置在基板402的宽度方向上的左侧。
在第一布线图案403中，线路部411、电容部412、第一连接部413、第二连接部414和曲折部415构成一个闭合电路C2。闭合电路C2中的曲折部415的总布线长度形成为线路部411在延伸方向上的长度的两倍或更多。此外，线路部411的宽度形成为比第一布线图案403的其他布线部分的宽度更宽。
如图8B所示，第二布线图案404包括线材部421，线材部421在与第一布线图案403的线路部411相同的方向上延伸并且布置在与线路部411相对的位置处。
与线路部411相同，线材部421被布置为在基板402的宽度方向的右侧沿着与基板402的延伸方向平行的方向延伸。第二布线图案404包括从线材部421的两端弯曲而分叉的第一延长部422和第二延长部423。第一延长部422具有锯齿形的曲折部。注意，第二延长部423可以形成为包括曲折部的形状。
在第二布线图案404中，线材部421、第一延长部422和第二延长部423构成一个开路。此外，线材部421的宽度形成为比第二布线图案404的其它布线部的宽度更宽。
第一延长部422的远端朝向基板402的延伸方向的一端延伸。第二延长部423的远端朝向基板402的延伸方向的另一端延伸。优选地，第一延长部422和第二延长部423形成为高密度结构，并且布置在不与电容部412、第一连接部413和第二连接部414重叠的位置处。
注意，第二布线图案404的厚度形成为比第一布线图案403的厚度更厚。随着厚度增加，该部分的电阻减小，因此电流容易流动。
利用根据本实施方式的电磁波吸收器401，与第一实施方式的电磁波吸收器201同样地，与现有技术相比，能够在维持电磁波吸收性能的同时大幅缩小单位单元尺寸。因此，根据电磁波吸收器401，能够使单位结构小型化，并且与现有技术相比能够扩展适用对象，并且能够提高布置自由度。
3.其他适用用途
接下来，将描述具有根据本技术的上述实施方式的电磁波吸收器的超材料的应用。
以往，提出了利用具有负折射率等特性的超材料来对电波、光波、声波等各种波进行反射、屏蔽、吸收、相位调制等。这里，超材料指的是产生自然界中存在的物质几乎不具备的功能的人造结构体。超材料例如通过以相对于波长足够短的间隔排列金属、电介质、磁性体、半导体、超导体等单位微结构体来制造，从而表现出非自然的特性。由此产生的超材料可以通过控制介电常数和磁导率来控制电磁波等的脉冲。
因此，根据上述实施方式的具有电磁波吸收器的超材料，除传感器例如ETC和雷达以外，还可以应用于包括执行发射和接收或光接收和发射的脉冲控制装置、小型天线、低高度天线、频率选择器滤波器、人造磁导体、电子带隙部件、抗噪声部件、隔离器、无线电波透镜、雷达部件、光学透镜、光学膜、太赫兹光学元件、无线电波光学伪装/非可视化部件、散热部件、隔热部件、储热部件、电磁波的调制解调、波长转换、非线性器件、扬声器等。
注意，本技术可以具有以下布置。
(1)
一种电磁波吸收器，
所述电磁波吸收器包括基板、安装在所述基板的一个表面上的第一布线图案、和安装在与所述一个表面相对的另一表面上的第二布线图案，其中
所述第一布线图案包括在与产生外部电场的方向平行的方向上延伸的线路部、由所述外部电场产生电势差的电容部、以及将所述线路部的每一端与所述电容部连接的第一连接部和第二连接部，并且
所述第二布线图案包括线材部和延长部，所述线材部与所述线路部同向延伸并且布置在与所述线路部彼此相对的位置，所述延长部从所述线材部的端部弯折而分叉。
(2)
根据(1)所述的电磁波吸收器，其中所述第一连接部和/或所述第二连接部具有以锯齿形方式形成的曲折部。
(3)
根据(2)所述的电磁波吸收器，其中所述曲折部的总布线长度是所述线路部的长度的2倍以上。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述延长部形成为高密度结构。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述延长部布置在不与所述电容部、所述第一连接部以及所述第二连接部重叠的位置处。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述线路部和/或所述线材部的宽度比每个布线图案的其他布线部分的宽度更宽。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述第一布线图案相对于所述线路部的宽度方向的中心轴或延伸方向的中心轴对称地形成。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述第二布线图案相对于所述线材部的宽度方向的中心轴或延伸方向的中心轴对称地形成。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述第二布线图案的厚度比所述第一布线图案的厚度更厚。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述第一布线图案和/或第二布线图案使用超材料形成。
(11)
根据(1)～(10)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述基板的纵横比(长边/短边)为1.5以上。
(12)
根据(1)～(11)中任一项所述的电磁波吸收器，其中所述基板的厚度小于有效波长的1/5。
附图标记列表
100、200、300电磁波吸收单元(电磁波吸收片)
101、201、401电磁波吸收器
102、202、402基板
103、203、403第一布线图案
104、204、404第二布线图案
111、211、131、411线路部
112、212、412电容部
113、213、214、413、414连接部
121、221、421线材部
215、216、415曲折部
222、223、422、423延长部
301、302周期性边界条件表面
303、304功率端口表面
IH、ILC电流
C1、C2闭合电路
S1、S2单元区域
R1、R2空气区域
L1、L2曲线

Claims (12)

1.一种电磁波吸收器，
所述电磁波吸收器包括基板、安装在所述基板的一个表面上的第一布线图案、和安装在与所述一个表面相对的另一表面上的第二布线图案，其中
所述第一布线图案包括在与产生外部电场的方向平行的方向上延伸的线路部、由所述外部电场产生电势差的电容部、以及将所述线路部的每一端与所述电容部连接的第一连接部和第二连接部，并且
所述第二布线图案包括线材部和延长部，所述线材部与所述线路部同向延伸并且布置在与所述线路部彼此相对的位置，所述延长部从所述线材部的端部弯折而分叉。
2.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述第一连接部和/或所述第二连接部具有以锯齿形方式形成的曲折部。
3.根据权利要求2所述的电磁波吸收器，其中所述曲折部的总布线长度是所述线路部的长度的2倍以上。
4.如权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述延长部形成为高密度结构。
5.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述延长部布置在不与所述电容部、所述第一连接部以及所述第二连接部重叠的位置处。
6.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述线路部和/或所述线材部的宽度比每个布线图案的其他布线部分的宽度更宽。
7.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述第一布线图案相对于所述线路部的宽度方向的中心轴或延伸方向的中心轴对称地形成。
8.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述第二布线图案相对于所述线材部的宽度方向的中心轴或延伸方向的中心轴对称地形成。
9.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述第二布线图案的厚度比所述第一布线图案的厚度更厚。
10.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述第一布线图案和/或第二布线图案使用超材料形成。
11.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述基板的纵横比(长边/短边)为1.5以上。
12.根据权利要求1所述的电磁波吸收器，其中所述基板的厚度小于有效波长的1/5。
CN202180069534.8A 2020-10-20 2021-09-14 电磁波吸收器 Pending CN116349419A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-176081 2020-10-20
JP2020176081A JP2022067393A (ja) 2020-10-20 2020-10-20 電磁波吸収体
PCT/JP2021/033617 WO2022085337A1 (ja) 2020-10-20 2021-09-14 電磁波吸収体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116349419A true CN116349419A (zh) 2023-06-27

Family

ID=81289811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180069534.8A Pending CN116349419A (zh) 2020-10-20 2021-09-14 电磁波吸收器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230397324A1 (zh)
JP (1) JP2022067393A (zh)
CN (1) CN116349419A (zh)
WO (1) WO2022085337A1 (zh)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102781206B (zh) * 2011-05-13 2016-03-23 深圳光启高等理工研究院 一种吸波超材料
CN103259097B (zh) * 2013-04-19 2016-01-20 电子科技大学 一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230397324A1 (en) 2023-12-07
JP2022067393A (ja) 2022-05-06
WO2022085337A1 (ja) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Design of 3-D multilayer ferrite-loaded frequency-selective rasorbers with wide absorption bands
US10218071B2 (en) Antenna and electronic device
Phon et al. Active frequency selective surface to switch between absorption and transmission band with additional frequency tuning capability
Yang et al. A novel compact electromagnetic-bandgap (EBG) structure and its applications for microwave circuits
US8704730B2 (en) Metamaterial antenna device with mechanical connection
TWI686009B (zh) 多天線及具備其之無線裝置
KR101533126B1 (ko) 액티브 요소들을 갖는 안테나
JP2008147763A (ja) Ｅｂｇ構造
CN105009367B (zh) 天线及电子装置
Yu et al. 3-D frequency-selective rasorber based on magnetic material and meander line
US8035568B2 (en) Electromagnetic reactive edge treatment
Guo et al. Analysis and design of a high-transmittance performance for varactor-tunable frequency-selective surface
Zhou et al. A frequency selective rasorber with three transmission bands and three absorption bands
KR20100104086A (ko) 다중 대역 안테나 장치 및 이를 이용한 통신 장치
Luukkonen et al. An efficient and simple analytical model for analysis of propagation properties in impedance waveguides
JP2001189612A (ja) 共振器、共振素子、共振器装置、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置
KR101842627B1 (ko) 주파수 가변형 디바이스와 이를 포함하는 안테나, 전파 흡수체 및 주파수 가변형 디바이스의 동작 주파수 확장 방법
JP4148423B2 (ja) 誘電体装置
CN116349419A (zh) 电磁波吸收器
KR101216433B1 (ko) 메타매질을 이용한 고역 통과 필터
JP2007228222A (ja) Ｅｂｇマテリアル
KR100779407B1 (ko) 메타머터리얼을 이용한 초소형 이중 대역 안테나
Li et al. Three-dimensional bandpass frequency selective structures
KR20080038552A (ko) 메타머티리얼을 이용한 초소형 안테나
Dutta et al. 3D FSS with multiple transmission zeros and pseudo elliptic response

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