CN204793218U - 吸波超材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种吸波超材料，该吸波超材料包括至少一个超材料片层；其中，每个超材料片层包括重叠设置的一介质基板和一电阻层；其中，电阻层包括频率选择表面FSS。本实用新型通过在介质基板上设置电阻层，能够实现电磁波的吸收和损耗；并通过在电阻层中设计FSS结构，实现了模拟电路和阻抗的结合，即在通过介质损耗层来实现电磁波的吸收和损耗的同时，还能够借助FSS来实现对衰减的电磁波的频率选择，达到了很好的宽频吸收效果，特别是对X波段的吸波效果非常理想。

Description

吸波超材料

技术领域

本实用新型涉及超材料领域，具体来说，涉及一种吸波超材料。

背景技术

随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的各种技术和产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。比如，无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞；移动电话可能会干扰各种精密电子医疗器械的工作；即使是普通的计算机，也会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和重现，造成国防、政治、经济、科技等方面情报的泄漏。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料是指能吸收、衰减入射电磁波、并将电磁能转换成热能或使电磁波干涉消失的一类功能材料。吸波技术包括涂层吸波和结构吸波两类，涂层吸波是指在结构表面涂敷具有吸波功能的涂料以达到损耗电磁波的目的，结构吸波则是赋予材料吸波和承载双重性能。

但是，现有的吸波材料大多是利用各个材料自身对电磁波的吸收性能，通过设计不同材料的组分使得混合后的材料具备吸波特性，此类材料设计复杂且不具有大规模推广性，对衰减的电磁波无法实现频率的选择，而且吸收电磁波的频带较窄，同时此类材料的机械性能受限于材料本身的机械性能，不能满足特殊场合的需求。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述问题，本实用新型提出一种吸波超材料，能够对衰减的电磁波实现频率的选择，并能够实现对电磁波的宽频吸收。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种吸波超材料。

该吸波超材料包括：

至少一个超材料片层；

其中，每个超材料片层包括重叠设置的一介质基板和一电阻层；

其中，电阻层包括频率选择表面FSS。

其中，在吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，多个超材料片层重叠设置并使相邻的超材料片层通过彼此的电阻层和介质基板相接触。

此外，在吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，每个超材料片层中的电阻层的厚度相同。

其中，FSS包括周期排布的多个导电几何结构。

可选的，该吸波超材料进一步包括反射板，其中，反射板位于沿电磁波入射方向的吸波超材料的底部，并与底部的超材料片层中的介质基板相接触。

优选的，反射板为金属材质。

优选的，反射板的表面设置有吸波涂料。

优选的，介质基板的材料包括蜂窝结构。

优选的，在吸波超材料包括四个超材料片层的情况下，从电磁波的入射方向至出射方向每个超材料片层中的电阻层的电导率的范围值依次为2350S/m～3550S/m、195S/m～293S/m、73.8S/m～110.8S/m、14.6S/m～21.8S/m。

优选的，吸波超材料在X波段的反射率低于-40dB。

优选的，吸波超材料的厚度为15mm～22mm。

优选的，吸波超材料的吸波频段包括0.8GHz～18GHz。

本实用新型通过在介质基板上设置电阻层，能够实现电磁波的吸收和损耗；并通过在电阻层中设计FSS结构，实现了模拟电路和阻抗的结合，即在通过介质损耗层来实现电磁波的吸收和损耗的同时，还能够借助FSS来实现对衰减的电磁波的频率选择，达到了很好的宽频吸收效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的吸波超材料的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的吸波超材料的单晶胞CST仿真结果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种吸波超材料。

如图1所示，根据本实用新型实施例的吸波超材料包括：

四个超材料片层；

其中，每个超材料片层(例如底层的超材料片层)包括重叠设置的一介质基板11a和一位于该介质基板11a上表面的电阻层12a，即这里的吸波超材料包括四个介质基板11a～11d，和四个电阻层12a～12d，其中介质基板和电阻层之间间隔排列。

其中，每个超材料片层中的电阻层均包括FSS。

其中，在一个实施例中，在吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，从图1可以看出，多个超材料片层是重叠设置的并使相邻的超材料片层通过彼此的电阻层和介质基板相接触，例如第一超材料片层和第二超材料片层是相邻的，那么第一超材料片层的电阻层12a和第二超材料片层的介质基板11b是相接触的。

值得注意的是，虽然在本实施例中示意的吸波超材料包括四个超材料片层，但是根据对电磁波吸收的要求不同，可根据实际应用情况对超材料片层的数量进行适应性调整，本实用新型对于超材料片层的数量并不作限定。

此外，在本实施例中每个超材料片层中的介质基板可以是相同的也可以是不相同的，它们的尺寸和材料组成同样可以根据实际应用情况进行适应性调整。

此外，在一个实施例中，在吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，每个超材料片层中的电阻层12a～12d的厚度相同，这里的优选厚度为0.025mm。

其中，在一个实施例中，FSS包括周期排布的多个导电几何结构，那么在进行电磁波的吸收时，就可通过调整FSS层中的导电几何结构的分布方式和尺寸来实现电磁波吸收频率的选择。

这样，在借助于本实用新型的吸波超材料对电磁波进行吸收时，可根据实际情况来进行特定频率的选择性吸收，具体的，可结合阻抗匹配原理及LC电路原理和传输线理论来根据阻抗匹配特性控制该吸波超材料的输入阻抗，并根据输入阻抗的要求来调整各个介质基板层的参数(介电常数、材料组成、厚度、尺寸等)和电阻层的参数(例如导电几何结构的尺寸、导电几何结构的排布方式，以及介电损耗碳层的厚度等)，来使得该吸波超材料能够根据是设计情况来调整FSS的工作频率，从而使电磁波在宽频范围内实现很小的反射，而且总厚度也比较理想，从而达到在宽频范围内实现比较理想的吸收性能的效果。

优选的，在本实施例中，如图1所示，从电磁波的入射方向至出射方向每个超材料片层中的电阻层12d～12a的电导率范围值依次为2350S/m～3550S/m、195S/m～293S/m、73.8S/m～110.8S/m、14.6S/m～21.8S/m。其中，在一个优选的实施例中，图1所示的电阻层12d～12a的电导率的优选值依次为2950S/m、244S/m、92.3S/m、18.2S/m。

此外，为了使入射至本实用新型的吸波超材料的电磁波得到充分吸收，根据本实用新型实施例的吸波超材料还可包括反射板13，沿电磁波入射方向的吸波超材料的底部，并与底部的超材料片层中的介质基板11a相接触，这样，在电磁波入射至本实用新型的吸波超材料后，当电磁波传播至吸波超材料中最后一层的介质基板11a时，为了避免电磁波从该介质基板11a中传播出去，在吸波超材料的底部附有一层0.018mm的金属反射板13(这里为铜板)使传播至吸波超材料底部的电磁波再返回，从而继续被各个材料层吸收，实现较好的电磁波吸收效果。

值得注意的是，本实用新型对于反射板13并不具体限定为铜板，其只要是金属材质即可。

而为了进一步实现对电磁波的衰减，在一个实施例中，还可在反射板的表面(这里为电磁波入射表面——上表面)涂覆吸波涂料，从而达到对特定频率的电磁波的衰减效果。

优选的，根据本实用新型实施例的介质基板为低介电常数的基板，这里的介质基板的结构材料为蜂窝结构，因此，能够在保证吸波超材料的吸波性能的同时，还能使该吸波超材料的重量非常轻，并可以作为航空吸波材料的良好选择；并且，本实用新型的上述技术方案能够将吸波超材料的总厚度控制在一个比较薄的范围内，从而使该吸波超材料具有较大的设计空间，为高性能吸波超材料开辟了一条崭新的途径。

当然，本实用新型对于介质基板的组成材料并不做限定，它也可以是泡沫材质/结构，或者其他类型的介电常数在3.8～4.8之间的基材。

其中，图2示出了本实用新型的吸波超材料的单晶胞CST仿真结果图，从图2可以看出，本实用新型的吸波超材料的吸波效果比较理想，在0.8GHz～18GHz频段都有比较好的吸波效果，并且，图1所示四个超材料片层的吸波超材料的优选厚度仅为19mm，当然在不同的实施例中，吸波超材料的厚度可以在15mm～22mm区间上下浮动；进一步的，从图2还可以看出，本实用新型的吸波超材料在X波段的反射率低于-40dB。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过在介质基板上设置电阻层，能够实现电磁波的吸收和损耗；并通过在电阻层中设计FSS结构，实现了模拟电路和阻抗的结合，即在通过介质损耗层来实现电磁波的吸收和损耗的同时，还能够借助FSS来实现对衰减的电磁波的频率选择，达到了很好的宽频吸收效果，特别是对X波段的吸波效果非常理想。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种吸波超材料，其特征在于，包括：

至少一个超材料片层；

其中，每个超材料片层包括重叠设置的一介质基板和一电阻层；

其中，所述电阻层包括频率选择表面FSS。

2.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，在所述吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，所述多个超材料片层重叠设置并使相邻的超材料片层通过彼此的电阻层和介质基板相接触。

3.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，在所述吸波超材料包括多个超材料片层的情况下，每个超材料片层中的电阻层的厚度相同。

4.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述FSS包括周期排布的多个导电几何结构。

5.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述吸波超材料进一步包括反射板，其中，所述反射板位于沿电磁波入射方向的吸波超材料的底部，并与所述底部的超材料片层中的介质基板相接触。

6.根据权利要求5所述的吸波超材料，其特征在于，所述反射板为金属材质。

7.根据权利要求5所述的吸波超材料，其特征在于，所述反射板的表面设置有吸波涂料。

8.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述介质基板的材料包括蜂窝结构。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的吸波超材料，其特征在于，在所述吸波超材料包括四个超材料片层的情况下，从电磁波的入射方向至出射方向每个超材料片层中的电阻层的电导率的范围值依次为2350S/m～3550S/m、195S/m～293S/m、73.8S/m～110.8S/m、14.6S/m～21.8S/m。

10.根据权利要求1～8中任意一项所述的吸波超材料，其特征在于，所述吸波超材料在X波段的反射率低于-40dB。

11.根据权利要求9所述的吸波超材料，其特征在于，所述吸波超材料的厚度为15mm～22mm。

12.根据权利要求11中任意一项所述的吸波超材料，其特征在于，所述吸波超材料的吸波频段包括0.8GHz～18GHz。