CN205051001U - 超材料吸波结构、防护罩及电子*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超材料吸波结构、防护罩及电子***。该超材料吸波结构包括：基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，导电几何结构层包括多个十字形中空框体，多个十字形中空框体排列成多行，相邻两行的多个十字形中空框体之间相互错开设置。应用本实用新型的技术方案可以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波和TM波从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

Description

超材料吸波结构、防护罩及电子***

技术领域

本实用新型涉及吸波设备领域，具体而言，涉及一种超材料吸波结构、防护罩及电子***。

背景技术

一般情况下，高精尖的电子设备都会设置有过滤电磁波的防护罩。该防护罩的目的是为了使电子***工作性能比较稳定、可靠，同时也能够减轻电子设备的磨损和老化，延长使用寿命。但是防护罩是电子设备前面的障碍物，对电子设备的辐射波或入射电子设备的电磁波会产生吸收和反射，改变电子设备的自由空间能量分布，并在一定程度上影响电子设备的性能。

使用纯材料防护罩在一定的范围内会影响电子设备的性能。其中，用于制作天线罩的纯材料为普通的物理材料，在制作纯材料防护罩时，利用半波长或四分之一波长理论，并根据不同的电磁波频率，改变纯材料的厚度，用以减小对电磁波的透波响应或吸收响应。在设计制作纯材料防护罩的时候，当电磁波的波长过长时，利用半波长或四分之一波长理论，纯材料防护罩会显得比较厚，进而使得整个防护罩的重量过大。另一方面，纯材料的透波性能比较均一，在电子设备工作时，均一透波的电磁波容易影响电子设备的正常工作。

针对现有技术中对电子设备发出的TE波(纵向波)和TM波(横向波)均有效吸收，无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据需要进行吸收电磁波的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超材料吸波结构、防护罩及电子***，以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波和TM波从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料吸波结构，包括：基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，导电几何结构层包括多个十字形中空框体，多个十字形中空框体排列成多行，相邻两行的多个十字形中空框体之间相互错开设置。

进一步地，导电几何结构层的多个十字形中空框体互不相连。

进一步地，超材料吸波结构包括两层导电几何结构层，两层导电几何结构层在叠置方向上间隔设置，其中一层导电几何结构层的每个十字形中空框体的投影与另一层导电几何结构层上的对应的十字形中空框体的投影至少部分重合。

进一步地，导电几何结构层中的相邻三行十字形中空框体的中间行的每个十字形中空框***于另外两行的各相邻两个十字形中空框体围成的区域内。

进一步地，每层导电几何结构层中的相邻三行十字形中空框体的中间行的每个十字形中空框***于另外两行的各相邻两个十字形中空框体围成的区域的中间位置。

进一步地，十字形中空框体包括相互交叉的第一延伸区域和第二延伸区域，第一延伸区域的轮廓长度为L1，第二延伸区域的轮廓长度为L2，L1＞L2。

进一步地，第一延伸区域的轮廓宽度为L3，第二延伸区域的轮廓宽度为L4，L3≤L4。

进一步地，十字形中空框体的中空部分包括相互交叉的第一中空区域和第二中空区域，第一中空区域的宽度为L5，第二中空区域的宽度为L6，L5＝L6。

进一步地，第一延伸区域的轮廓边缘与第一中空区域的轮廓边缘的距离为L7，第二延伸区域的轮廓边缘与第二中空区域的轮廓边缘的距离为L8，L7＜L8。

进一步地，同一行的相邻两个十字形中空框体之间的两个第一延伸区域的相邻端部之间的距离为L9，1.5mm≤L9≤3.5mm。

进一步地，围成的区域的四个十字形中空框体中的不同行的相邻两个十字形中空框体之间的两个第二延伸区域的相邻端部之间的距离为L10，4.0mm≤L10≤6.0mm。

进一步地，基板为依次叠置的三层FR4基板，三层基板与两层导电几何结构层依次交替设置。

进一步地，三层基板为第一基板、第二基板和第三基板，第二基板设置在两层导电几何结构层之间，第一基板的厚度为h1，第二基板的厚度为h2，第三基板的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，包括吸波结构，该吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子***，包括防护罩，该防护罩为前述的防护罩。

应用本实用新型的技术方案，该超材料吸波结构包括基板和至少一层导电几何结构层，所述导电几何结构层设置在所述基板上，所述导电几何结构层包括多个十字形中空框体，多个所述十字形中空框体排列成多行，相邻两行的所述十字形中空框体之间相互错开设置。上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射后通过导电几何结构层时产生共振效果，可以使电磁波入射该超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，由于TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收，因而使工作频段的电磁波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的电磁波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的超材料吸波结构只包括一层导电几何结构层的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的超材料吸波结构包括两层导电几何结构层的实施例的结构示意图；

图3示出了从图1或图2中的一层导电几何结构层中分离出来单个小单元的具体结构示意图；

图4示出了图2的剖视结构示意图；

图5示出了应用本实用新型的超材料吸波结构进行测试的TE波与TM波对比的CST仿真效果曲线图；

图6示出了图5中的TE波CST仿真效果曲线图；

图7示出了图5中的TM波CST仿真效果曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基板；11、第一基板；

12、第二基板；13、第三基板；

21、十字形中空框体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种超材料吸波结构，该超材料吸波结构包括基板10和至少一层导电几何结构层，且导电几何结构层设置在基板10上，导电几何结构层的厚度范围是0.016mm至0.024mm，优选地，导电几何结构层的厚度为0.02mm，导电几何结构层包括多个十字形中空框体21，多个十字形中空框体21排列成多行，相邻两行的十字形中空框体21之间沿十字形中空框体21的排列方向相互错开设置。在本实施例中，每个十字形中空框体21包括相互交叉的第一延伸区域和第二延伸区域，每个十字形中空框体21上第一中空区域开设在第一延伸区域上，每个十字形中空框体21上的第二中空区域开设在第二延伸区域上，并且第一中空区域与第二中空区域相互交叉。在本实施例中，应用的是FR4基板，FR4基板的介电常数的范围是2.4≤ε≤3.6，优选的本实施例中FR4基板的介电常数为ε＝3.0。

上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射后通过导电几何结构层时产生共振效果，可以使电磁波入射该超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，由于TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收，因而使工作频段的电磁波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的电磁波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。该超材料吸波结构是应用在高精尖的电子***中，用来吸收电子***发射的电磁波中预定频段的TM波，使得该预定频段范围内的TM波不被其他的电磁波检测装置，特别地，针对预定波段范围内的TM波进行检测的电磁波检测装置。

本实施例的导电几何结构层可以使用任意导电材料制造加工，可以是金属材料，例如金、银、铜或几种金属的混合物，优选采用铜，所使用的金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物；也可以是非金属材料，如导电油墨。例如本实施例的十字形中空框体21优选为铜材，可以利用冲压工艺将铜板片冲压成型为十字形中空框体21；还可以利用喷涂、电镀工艺，在基板10的表面上喷涂、电镀成型为十字形中空框体21。

具体地，在本实施例的超材料吸波结构中，导电几何结构层的多个十字形中空框体21互不相连。因此，入射该超材料吸波结构的电磁波实现的是低通透波，而被该超材料吸收的从高精尖的电子***中入射到该超材料吸波结构的TM波的波段范围为带宽波段被吸收。互不相连的十字形中空框体21能够降低TM波的预定频段范围的波段的反射能量，从而实现对TM波的吸收效果。

如图2所示，优选地，本实施例的超材料吸波结构由两层导电几何结构层构成，并且，两层导电几何结构层沿垂直于导电几何结构层的方向上间隔设置，即两层导电几何结构层在叠置方向上间隔设置，其中一层导电几何结构层的每个十字形中空框体21的投影与另一层导电几何结构层上的对应的十字形中空框体21的投影至少部分重合。利用两层导电几何结构层来对TM波的反射能量形成减弱作用，从而降低TM波的反射能量，使预定波段范围的TM波被该超材料吸波结构所吸收，以避免外界的电磁波检测装置捕捉到该预定波段范围的TM波。进一步地，为了能够更显著地降低预定波段范围内的TM波的反射能量，因而两层导电几何结构层的装配方式为其中一层导电几何结构层的每个十字形中空框体21的投影与另一层导电几何结构层上的对应的十字形中空框体21的投影完全重合。

在本实施例中，由于相邻的两行的十字形中空框体21之间相互错开设置，因而，每层导电几何结构层中的相邻三行十字形中空框体21的中间行的每个十字形中空框体21位于另外两行的各相邻两个十字形中空框体21所围成的区域内。这样，当电磁波的TE波入射该超材料吸波结构时，不仅同一层的十字形中空框体21之间能够对TE波形成共振效果，而且两层导电几何结构层之间也可以对TE波形成共振效果，从而提高TE波的透波能量以及反射能量，使得TE波能够高效地透波；而预定波段范围内的TM波的透波能量及反射能量则被减弱而被该超材料吸波结构所吸收。具体地，每层导电几何结构层中的相邻三行十字形中空框体21的中间行的每个十字形中空框体21位于另外两行的各相邻两个十字形中空框体21所围成的区域的中间位置。

如图3所示，图中所示为分离出来的15.0mm×9.0mm小单元，该小单元由一个完整的十字形中空框体21和围绕该完整的十字形中空框体21的四个十字形中空框体21的四分之一组成。导电几何结构层中的每个十字形中空框体21的第一延伸区域的轮廓长度为L1，第二延伸区域的轮廓长度为L2，L1＞L2。其中，10.0mm≤L1≤15.0mm，优选地，L1＝12.5mm；3.5mm≤L2≤5.0mm，优选地，L2＝4.1mm。进一步地，每个十字形中空框体21的第一延伸区域的轮廓宽度为L3，第二延伸区域的轮廓宽度为L4，L3≤L4。其中，0.5mm≤L3≤1.5mm，优选地，L3＝0.9mm；1.0mm≤L4≤2.0mm，优选地，L4＝1.5mm。为了简化十字形通孔的设计以及在十字形中空框体21上加工开设第一中空区域和第二中空区域，因此由第一中空区域和第二中空区域形成的十字形中空孔的几何中心与十字形中空框体21的几何中心相重合，并且第一中空区域的宽度为L5，第二中空区域的宽度为L6，L5＝L6。优选地，第一中空区域和第二中空区域的宽度范围为0.3mm至1.0mm之间，优选地，本实施例的第一中空区域和第二中空区域的宽度为0.5mm。当第一延伸区域上开设完成第一中空区域，第二延伸区域上开设完成第二中空区域之后，第一延伸区域的轮廓边缘与第一中空区域的轮廓边缘的距离为L7，第二延伸区域的轮廓边缘与第二中空区域的轮廓边缘的距离为L8，L7＜L8。在本实施例中，0.1mm≤L7≤0.6mm，0.3mm≤L8≤0.9mm，优选地，L7＝0.2mm，L8＝0.5mm。

在本实施例中，为了优化对预定波段范围的TM波的吸收效果以及避免对TE波的透波效果的影响，如图3所示，因而每层导电几何结构层中的同一行的相邻两个十字形中空框体21的两个第一延伸区域的相邻端部之间的距离为L9，1.5mm≤L9≤3.5mm，优选地，L9＝2.5mm。进一步地，任意三行中的位于中间行两侧的两行的围成区域的四个十字形中空框体21中的不同行的相邻两个十字形中空框体21的两个第二延伸区域的相邻端部之间的距离为L10，4.0mm≤L10≤6.0mm，优选地，L10＝4.9mm。

如图4所示，本实施例的超材料吸波结构中包括三层基板10，三层基板10均为FR4基板，三层基板10沿垂直于导电几何结构层的方向依次叠置，并且，三层基板10与两层导电几何结构层依次交替设置，从而利用极板将两层导电几何结构层间隔开合适的距离以达到优化对TE波透波效果以及优化对TM波的吸收效果。

在本实施例中，三层基板10分别为第一基板11、第二基板12和第三基板13，第二基板12设置在两层导电几何结构层之间，第一基板11的厚度为h1，第二基板12的厚度为h2，第三基板13的厚度为h3，h1＜h2＝h3。优选地，在本实施例的超材料吸波结构中，h1＝2.0mm，h2＝h3＝5.0mm。为了提高导电几何结构层与基板10之间的贴合效率，因此导电几何结构层与基板10之间采用粘接的方式制造加工。

该超材料吸波结构装配完成后，其两层导电几何结构层在该超材料吸波结构中起到两层电阻层的作用，由于两层导电几何结构层对入射的电磁波的作用次序的先后，分别入射到两层导电几何结构层的电磁波的磁通率的不同，以及电磁波分别穿过的基板10的厚度不同，因此两层导电几何结构形成的电阻层的电阻值就会不同，其中一层电阻层的电阻值是11Ω/Sq，另一层电阻层的电阻值是110Ω/Sq。本实施例的超材料吸波结构装配完成之后，其总厚度为10.04mm。

应用本实用新型的超材料吸波结构进行测试时，如图4所示，将该超材料吸波结构中的第三基板13放置在一层铜板之上进行测试，这样是为了测试该超材料吸波结构的吸收电磁波的性能。

如图5所示，其示出了应用该超材料吸波结构进行测试时的TE波与TM波对比的CST仿真效果曲线图，图中S11(TE)。从图5中可以知道，当TE波入射该超材料吸波结构时，该超材料吸波结构几乎不对TE波造成影响，TE波能够高效地透波，而当TM波入射该超材料吸波结构时，TM波在2.88GHz至12.32GHz的波段范围内会被吸收而无法透波。

结合参见图5和图6所示，当TE波入射时(TE波的入射角为零，即TE波从正面入射)，电磁波没有太大影响，被反射的电磁波能量在17.25GHz以下均高于-2.18dB，即图中S11(TE)曲线所示。

结合参见图5和图7所示，当TM波入射时(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)，电磁波会在2.88GHz至12.32GHz的波段范围的电磁波会被吸收，该波段范围内的电磁波反射能量均低于-10dB，即图中S11(TM)曲线所示。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，该防护罩包括吸波结构，该吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种电子***，该电子***包括防护罩，该防护罩为前述的防护罩。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (15)

1.一种超材料吸波结构，其特征在于，包括：

基板(10)；

至少一层导电几何结构层，所述导电几何结构层设置在所述基板(10)上，所述导电几何结构层包括多个十字形中空框体(21)，多个所述十字形中空框体(21)排列成多行，相邻两行的所述十字形中空框体(21)之间相互错开设置。

2.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述导电几何结构层的多个所述十字形中空框体(21)互不相连。

3.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述超材料吸波结构包括两层导电几何结构层，两层所述导电几何结构层在叠置方向上间隔设置，其中一层所述导电几何结构层的每个所述十字形中空框体(21)的投影与另一层所述导电几何结构层上的对应的所述十字形中空框体(21)的投影至少部分重合。

4.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述导电几何结构层中的相邻三行所述十字形中空框体(21)的中间行的每个所述十字形中空框体(21)位于另外两行的各相邻两个所述十字形中空框体(21)围成的区域内。

5.根据权利要求4所述的超材料吸波结构，其特征在于，每层所述导电几何结构层中的相邻三行所述十字形中空框体(21)的中间行的每个所述十字形中空框体(21)位于另外两行的各相邻两个所述十字形中空框体(21)围成的区域的中间位置。

6.根据权利要求4或5所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述十字形中空框体(21)包括相互交叉的第一延伸区域和第二延伸区域，所述第一延伸区域的轮廓长度为L1，所述第二延伸区域的轮廓长度为L2，L1＞L2。

7.根据权利要求6所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述第一延伸区域的轮廓宽度为L3，所述第二延伸区域的轮廓宽度为L4，L3≤L4。

8.根据权利要求7所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述十字形中空框体(21)的中空部分包括相互交叉的第一中空区域和第二中空区域，所述第一中空区域的宽度为L5，所述第二中空区域的宽度为L6，L5＝L6。

9.根据权利要求8所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述第一延伸区域的轮廓边缘与所述第一中空区域的轮廓边缘的距离为L7，所述第二延伸区域的轮廓边缘与所述第二中空区域的轮廓边缘的距离为L8，L7＜L8。

10.根据权利要求6所述的超材料吸波结构，其特征在于，同一行的相邻两个所述十字形中空框体(21)之间的两个所述第一延伸区域的相邻端部之间的距离为L9，1.5mm≤L9≤3.5mm。

11.根据权利要求6所述的超材料吸波结构，其特征在于，围成的所述区域的四个所述十字形中空框体(21)中的不同行的相邻两个所述十字形中空框体(21)之间的两个所述第二延伸区域的相邻端部之间的距离为L10，4.0mm≤L10≤6.0mm。

12.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述基板(10)为依次叠置的三层FR4基板，三层所述基板(10)与两层所述导电几何结构层依次交替设置。

13.根据权利要求12所述的超材料吸波结构，其特征在于，三层所述基板(10)为第一基板(11)、第二基板(12)和第三基板(13)，所述第二基板(12)设置在两层所述导电几何结构层之间，所述第一基板(11)的厚度为h1，所述第二基板(12)的厚度为h2，所述第三基板(13)的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

14.一种防护罩，包括吸波结构，其特征在于，所述吸波结构为权利要求1至13中任一项所述的超材料吸波结构。

15.一种电子***，包括防护罩，其特征在于，所述防护罩为权利要求14所述的防护罩。