CN209169394U

CN209169394U - 增强型吸波材料结构体

Info

Publication number: CN209169394U
Application number: CN201821885071.4U
Authority: CN
Inventors: 刘列; 于伟; 漆一宏; 张辉彬; 莫智广
Original assignee: Shenzhen Weichuang Microwave Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Weichuang Microwave Technology Co Ltd
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2028-11-15

Abstract

本实用新型涉及吸波材料结构技术领域，具体提供一种增强型吸波材料结构体。该增强型吸波材料结构体由若干相同的结构单元周期拼合而成，每个结构单元包括：散热底板；第一吸波材料层，第一吸波材料层叠设于散热底板上；载板，载板叠设于第一吸波材料层表面；若干传热体，若干传热体自所述散热底板贯穿所述第一吸波材料层，并与所述载板接触；反射增强层，所述反射增强层图案化叠设于所述载板表面，并与所述传热体接触；第二吸波材料层，所述第二吸波材料层叠设于所述反射增强层及未被所述反射增强层覆盖的载板表面。本实用新型的增强型吸波材料结构体具有良好的散热性能，同时具有良好的吸波性，解决平板吸波材料在低频时反射率不足的问题。

Description

增强型吸波材料结构体

技术领域

本实用新型属于吸波材料结构技术领域，尤其涉及一种增强型吸波材料结构体。

背景技术

吸波材料是一种能量转换功能材料，工作的原理是将电磁波的电磁能量吸收并主要转化为内能，以热量的形式耗散，因此，吸收的功率越高，转化成的热量就越多。将吸波材料应用在微波暗室、航空航天等领域中，可以吸收不需要的电磁波以防产生干扰。随着5G时代的到来，通讯设备向高频、高功率发展，如何在不影响材料性能的前提下提高散热成为了亟待解决的问题。

目前市面上使用的吸波材料主要有聚氨酯吸波材料、无纺布吸波材料、陶瓷吸波材料、蜂窝吸波材料以及硬质发泡聚苯乙烯(EPS)/聚丙烯(EPP)/聚乙烯 (EPE)等。其中硬质发泡材料是一种以高熔体强度聚丙烯树脂为基材，用过物理发泡或化学发泡得到的一种具有独立闭孔结构、可控发泡倍率的泡沫材料，由于其相较于聚氨酯吸波材料具有环保、强韧、不易形变，相较于无纺布吸波材料具有更好的高频性能，相较于陶瓷吸波材料更轻便，相较于蜂窝吸波材料更加经济的优点，以硬质发泡材料为吸波基体的新型吸波复合材料近年来得到广泛应用。

但是其缺点也同样显著，由于聚丙烯是碳氢高分子化合物，极易燃烧，属于易燃材料，加上发泡是多孔结构，材料在明火条件下易燃且火势易蔓延。行业使用中，EPP材料的耐热温度在110℃以下，EPS材料耐热为80℃以下，EPE 为70℃～80℃。因此为保证材料的安全使用，改善材料散热性能显得至关重要。但是常见的散热性能改善的过程中，容易引发吸波性能的下降。因此，如何在改善散热性能的同时兼顾材料的吸波性能也十分关键。

目前改善散热性能的方法如，将吸波材料内部掏空，由于去掉了产生热量最为集中的中心部分，改变了热量分布，因此有一定的散热效果。但这样做也有很大的局限性，比如散热效果有限，该方法不适用于平板吸波材料上，否则将严重影响吸波性能等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增强型吸波材料结构体，旨在解决现有吸波材料散热性能不好，且在改善散热性能时无法兼顾吸波性能等问题。

本实用新型是这样实现的：

一种增强型吸波材料结构体，所述增强型吸波材料结构体由若干相同的结构单元周期拼合而成，每个所述结构单元包括：

散热底板；

第一吸波材料层，所述第一吸波材料层叠设于所述散热底板上；

载板，所述载板叠设于所述第一吸波材料表面；

若干传热体，若干所述传热体自所述散热底板贯穿所述第一吸波材料层，并与所述载板接触；

反射增强层，所述反射增强层图案化叠设于所述载板表面，并与所述传热体接触；

第二吸波材料层，所述第二吸波材料层叠设于所述反射增强层及未被所述反射增强层覆盖的载板表面。

优选地，所述反射增强层为铜箔层。

优选地，图案化的所述反射增强层的线宽为0.2mm～0.5mm。

优选地，图案化的所述反射增强层形成的图案为对称图案。

优选地，所述第一吸波材料层和/或第二吸波材料层为发泡聚苯乙烯层、发泡聚丙烯层、发泡聚乙烯层中的任一种。

优选地，所述第一吸波材料层的厚度为10mm～20mm；

和/或所述第二吸波材料层的厚度为8mm～18mm。

优选地，所述反射增强层的厚度为18μm～104μm。

优选地，所述传热体为金属柱体，所述金属柱体表面覆有铜薄层。

优选地，所述结构单元的长度和/或宽度为25mm～40mm。

优选地，所述载板为金属板、PCB基板中的任一种；所述载板厚度为 1.0mm～2.0mm。

本实用新型的有益效果如下：

相对于现有技术，本实用新型提供的增强型吸波材料结构体，由于在吸波材料层内部形成反射增强层，并通过传热体将反射增强层吸收的热量转移至吸波材料层外部，从而使得吸波材料层中心的温度得到有效散除，同时该结构体得到的吸波材料结构其1GHz-18GHz频率范围内小于-10dB的频率扩宽至 2.3GHz～18GHz，既有良好的散热效果，又拓宽了频率性能，还表现出良好的耐高功率性，能够有效解决平板吸波材料在低频时的反射率不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型施例中的技术方案，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是本实用新型提供的增强型吸波材料结构体立体示意图；

图2是本实用新型提供的增强型吸波材料结构体俯视示意图；

图3是本实用新型提供的增强型吸波材料结构体又一俯视示意图；

图4是本实用新型提供增强型吸波材料结构体在未叠加第二吸波材料层时沿A-A线的剖视示意图；

图5是本实用新型提供的增强型吸波材料结构体周期摆放的示意图；

图6是本实用新型实施例1提供的增强型吸波材料结构体和对比例1提供的吸波材料的反射率仿真结果示意图；

图7是本实用新型实施例2～5提供的增强型吸波材料结构体和对比例1提供的吸波材料的反射率仿真结果示意图；

其中，1-散热底板；2-传热体；3-第一吸波材料层；4-载板，41-反射增强层；5-第二吸波材料层。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中提到的无物理接触，指的是两个物体不相互靠近，在空间上有间隔。

请参阅图1～图5，本实用新型提供一种增强型吸波材料结构体。

请参阅图5，所述增强型吸波材料结构体由若干相同的结构单元周期拼合而成，也就是说该增强型吸波结构体至少包括一个如图1～4所示意的结构单元，而图5所示的是由3×3个图1～4所示意的结构单元拼接组成的增强型吸波材料结构体。

其中，请参阅图1、2、4，每个所述结构单元包括：散热底板1、传热体2、第一吸波材料层3、载板4、叠设在载板4表面的反射增强层41、第二吸波材料层5。

该散热底板1具有良好的散热特性，在本实用新型中具有两方面的作用，一方面用于支撑吸波材料层，另一方面具有加速散热的效果，由于其具有相对于吸波材料层更好的散热性能，并且与空气直接接触，吸波材料层产生的热量在该散热底板1上即可快速散去。

该第一吸波材料层3叠设于散热底板2上。优选地，该第一吸波材料层3 为发泡聚苯乙烯层、发泡聚丙烯层、发泡聚乙烯层中的任一种，这几类硬质发泡材料作为吸波材料层，结合本实用新型的结构，具有良好的散热效果，并且能够及时散去吸波材料中心的热量，避免达到硬质发泡材料的耐火极限。

优选地，第一吸波材料层3的厚度为10mm～20mm。

为了结构更为紧凑，第一吸波材料层3表面形成一凹槽，该凹槽用于放置载板4。

该载板4上叠设有反射增强层41，反射增强层41可以只层叠于载板4的上表面，也可以在上下两表面都有，并且该载板4叠设于第一吸波材料层3表面，用于承载第二吸波材料层5。优选地，载板4为金属板或PCB基板，这里的PCB基板，可以是覆铜，也可以是未覆铜的，如果覆铜，那么所覆的铜应当图案化，此时该图案化的覆铜则作为反射增强层41。当然，本实用新型的载板 4并不局限于金属板和PCB基板，也可以是其他具有一定强度且具有超材料特性的面板。

优选地，所述载板4的厚度为0.5mm～2.0mm。载板4的厚度不需要太厚，太厚不利于吸波材料结构紧凑，而且过厚时，由于其导热系数、介电常数等因素，会对本实用新型的效果有一定影响，而过于薄则不利于承载第二吸波材料层5。为了结构更为紧凑，载板4的厚度与前述凹槽的槽深相同，并且载板4 的边长略小于第一吸波材料层3的边长，以便第一吸波材料层3与第二吸波材料层5相互接触。

传热体2由若干传热体2构成，若干传热体2自散热底板1贯穿第一吸波材料层3，并与载板4接触。该传热体2可以与散热底板1一体成型，也可以是散热底板1上开设用于插接传热体2的若干散热底板孔(图中未标出)。自散热底板2表面延伸而出的传热体2贯穿第一吸波材料层3，从而与叠设在第一吸波材料层3表面的载板4接触。该传热体2还与反射增强层41直接物理接触，以便于吸收并传到导热体41吸收的热量。该传热体2贯穿第一吸波材料层3 的方式，是在第一吸波材料层3上开设若干通孔，并且这些若干通孔与所述散热底板孔一一对应，其大小应当与传热体2的大小相匹配。

优选地，所述传热体2表面覆有铜薄层，借助所述铜薄层，可以更快的实现将内部的热量传导至散热底板1上。该传热体2可以是金属柱体，以金属柱体作为传热体2具有良好的导热效果。

上述的反射增强层41图案化叠设于载板4的表面，通过图案化，使得其能够更好的增强反射性能。

优选地，反射增强层41的图案为对称的图案，如可以是正方形图案、长方形图案或者圆形图案，这些图案关于载板4的中心对称，以便于提高反射性能，避免局部反射效果不佳。更为优选地，反射增强层41形成图案化时，图案具有一定的线宽，该线宽为0.2mm～0.5mm。

更为优选地，反射增强层41的厚度为18μm～104μm。

在一优选实施例中，请参阅图3，反射增强层41的图案形成若干分支，以实现有效的增强反射性能。

第二吸波材料层5叠设于反射增强层41及未被反射增强层41覆盖的载板 4的表面，至此获得本实用新型增强型吸波材料结构体的一个结构单元。优选地，第二吸波材料层5的厚度为8mm～18mm。

优选地，第二吸波材料层5为发泡聚苯乙烯层、发泡聚丙烯层、发泡聚乙烯层中的任一种，这几类硬质发泡材料作为吸波材料层，结合本实用新型的结构，具有良好的散热效果，并且能够及时散去吸波材料中心的热量，避免达到硬质发泡材料的耐火极限。

优选地，所述结构单元的长度和/或宽度为25mm～40mm，如果长度范围大于或者小于这个范围将使得本实用新型达不到所述功能。特别地，所述结构单元的长度和宽度相同。

本实用新型通过在吸波材料中放置多个超材料传热体2、载板4和反射增强层41，其中传热体2、载板4主要起到导热作用，而反色增强层41则主要用于增强反射性能，使得获得的增强型吸波材料结构体能够拓宽原有吸波材料 -10dB带宽的效果。如常规的底板上只叠设吸波材料的结构中，其1GHz～18GHz 频率范围在小于-10dB的频率带宽为7GHz～18GHz，带宽为fH/fL＝2.6，经改造成本实用新型的结构后，其频率带宽为2.3GHz～18GHz，带宽为fH/fL＝7.8。

本实用新型的第一吸波材料层2和第二吸波材料层5的材料均为发泡吸波材料，起到吸收并耗散电磁波的作用；而传热体2和载体4为连接在一起的金属超材料，且与散热底板1连接，由于金属的导热系数远远大于发泡吸波材料，因此可将吸波体热量中心的热量经由4、2、1导出。同时，超材料具有频率选择的特性，在低频时由于受到电磁波照射的时候超材料表现出电容与电感的特性，将电磁波聚集在导体附近谐振，从而消耗掉更多的电磁能量，达到拓宽原有吸波材料-10dB带宽的效果，有效解决平板吸波材料在低频时的反射率不足的问题。

相应地，本实用新型还提供一种增强型吸波材料结构体的制造方法。在一实施例中，该制造方法如下：

在散热底板1上打若干散热底板通孔；

在第一吸波材料层(EPP材质)3上打若干通孔，使得第一吸波材料层3上的每个通孔与散热底板1的通孔相对应，且半径大小相一致，且在通孔内壁覆铜，并在第一吸波材料层3表面形成一凹槽，使得该凹槽刚好能够嵌入PCB基板4；

在PCB基板4上打若干通孔，使得PCB基板4上的每个通孔与散热底板1 的通孔相对应，且半径大小相一致，PCB基板4表面覆有图案化的铜薄层41，且通孔内壁覆铜；

用半径与散热底板1的通孔半径一致的铜丝2依次穿过散热底板1的通孔、第一吸波材料层3的通孔及PCB基板4对应通孔中，再将一块长宽尺寸与第一吸波材料层3相同的第二吸波材料层5叠设在PCB基板4的上表面，并用胶水将其与PCB基板4、第一吸波材料层3粘连，由此得到增强型吸波材料结构体。

优选地，散热底板1的厚度为0.2mm～1mm，长宽为320mm×320mm；铜丝2的半径0.5mm～1.5mm；第一吸波材料层3的长宽为320mm×320mm，厚度为10mm～20mm；PCB基板4的大小为300mm×300mm，厚度为0.5mm～2.0mm；铜薄层41的图案线宽为0.2mm～0.5mm，其形成的对称结构的长度为 7mm～10mm；第二吸波材料层5的长宽为320mm×320mm，厚度为8mm～18mm。

为了更好的说明本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种增强型吸波材料结构体，该增强型吸波材料结构体如图1、2、4所示，其散热底板1为铜制底板，厚度为2mm；传热体2为铜制柱体(无需再覆铜薄层)，半径为1mm；第一吸波材料层3的材料为EPP材料，其长宽为320mm× 320mm，厚度为22mm；载板4为PCB基材板，厚度为0.3mm，导热系数为 0.4w/(m·℃)，介电常数为4.4；反射增强层41为铜箔层，线宽为0.5mm；第二吸波材料层5的材料为EPP材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为8mm。

实施例2

一种增强型吸波材料结构体，该增强型吸波材料结构体如图1、2、4所示，其散热底板1为铜制底板，厚度为2mm；传热体2为铜制柱体(无需再覆铜薄层)，半径为1mm；第一吸波材料层3的材料为EPP材料，其长宽为320mm× 320mm，厚度为16mm；载板4为PCB基材板，厚度为0.3mm，导热系数为 0.4w/(m·℃)，介电常数为4.4；反射增强层41为铜箔层，线宽为0.25mm；第二吸波材料层5的材料为EPP材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为8mm。

实施例3

一种增强型吸波材料结构体，该增强型吸波材料结构体如图1、2、4所示，其散热底板1为铜制底板，厚度为2mm；传热体2为铜制柱体(无需再覆铜薄层)，半径为1mm；第一吸波材料层3的材料为EPE材料，其长宽为320mm× 320mm，厚度为16mm；载板4为PCB基材板，厚度为0.3mm，导热系数为 0.4w/(m·℃)，介电常数为4.4；反射增强层41为铜箔层，线宽为0.5mm；第二吸波材料层5的材料为EPE材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为8mm。

实施例4

一种增强型吸波材料结构体，该增强型吸波材料结构体如图1、2、4所示，其散热底板1为铜制底板，厚度为2mm；传热体2为铜制柱体(无需再覆铜薄层)，半径为1mm；第一吸波材料层3的材料为EPS材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为14mm；载板4为PCB基材板，厚度为0.3mm，导热系数为 0.4w/(m·℃)，介电常数为4.4；反射增强层41为铜箔层，线宽为0.5mm；第二吸波材料层5的材料为EPS材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为8mm。

实施例5

一种增强型吸波材料结构体，该增强型吸波材料结构体如图1、2、4所示，其散热底板1为铜制底板，厚度为2mm；传热体2为铜制柱体(无需再覆铜薄层)，半径为1mm；第一吸波材料层3的材料为EPP材料，其长宽为320mm× 320mm，厚度为16mm；载板4为PCB基材板，厚度为0.3mm，导热系数为 0.4w/(m·℃)，介电常数为4.4；反射增强层41为铜箔层，线宽为0.5mm；第二吸波材料层5的材料为EPP材料，其长宽为320mm×320mm，厚度为10mm。

对比例1

一种吸波材料结构体，该吸波材料结构体包括铜制底板以及叠设在该铜制底板一表面的吸波材料层，吸波材料层的材料为EPP，其铜制底板，厚度为2mm；吸波材料长宽为320mm×320mm，厚度为30mm。EPP材料的热传导系数为 0.042w/(m·℃)。

对对比例1和实施例1的吸波材料结构体进行热仿真。热仿真设置的上表面空气自然对流系数为5w/(m²·℃)，环境温度为室温22.5℃，下表面的空气强制对流系数为100w/(m²·℃)，环境温度为制冷温度16℃，铜的导热率为 397w/(m·℃)。

对比例1的仿真结果，当入射电磁波功率密度为1kw/m²时，材料的中心最高温度为105℃；当入射电磁波功率密度为2.2kw/m²时，材料中心的最高温度为221℃，由此可见，材料温度远超过了EPP材料的耐热温度110℃。而实施例1的仿真结果，当入射电磁波功率密度为2.2kw/m²时，材料中心的最高温度为109℃，小于耐热温度110℃。

对对比例1和实施例1得到的吸波材料结构体分别进行反射率仿真测试，测试结果如图6所示。从图6可知，对比例1中，1GHz-18GHz频率范围内小于-10dB的频带宽度为从7GHz-18GHz，带宽为fH/fL为2.6；而实施例1中， 1GHz-18GHz频率范围内小于-10dB的频率范围为从2.3GHz-18GHz，带宽fH/fL 为7.8。由此可知，本实用新型的吸波材料结构体相对于对比例1的吸波材料耐功率性能上升了120％，-10dB带宽扩宽了200％。

一般而言电磁波照射吸波材料，电磁波的功率越高，材料上升的温度越高。在加入反射增强层41前，用功率密度为1kw/m²的电磁波照射，此时吸波材料的中心温度为105℃，110℃为极限温度，也就是说在不超过这个温度的情况下能承受的最大功率密度约为1kw/m²；在加入反射增强层41后，用功率密度为 2.2kw/m²的电磁波照射，由于散热好的关系，此时吸波材料的中心温度为109℃， 110℃为极限温度，也就是说在不超过这个温度的情况下能承受的最大功率密度约为2.2kw/m²。在加入反射增强层41前后，能承受的最大功率密度由1kw/m²提升至2.2kw/m²，因此实施例1的耐功率性能相对于对比例1而言提升了。据此改变材料及厚度得到的实施例2～5进行反射率仿真，并与对比例1的反射率仿真结果做对比，结果如图7所示。从图7可知，本实用新型的吸波材料结构体，1GHz-18GHz频率范围内小于-10dB的频率范围为从2.3GHz-18GHz，带宽 fH/fL为7.8，相对于常规吸波材料结构性能方面有了极大的改善。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述增强型吸波材料结构体由若干相同的结构单元周期拼合而成，每个所述结构单元包括：

散热底板；

载板，所述载板叠设于所述第一吸波材料层表面；

2.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述反射增强层为铜箔层。

3.如权利要求1或2所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，图案化的所述反射增强层的线宽为0.2mm～0.5mm。

4.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，图案化的所述反射增强层形成的图案为对称图案。

5.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述第一吸波材料层和/或第二吸波材料层为发泡聚苯乙烯层、发泡聚丙烯层、发泡聚乙烯层中的任一种。

6.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述第一吸波材料层的厚度为10mm～20mm；

和/或所述第二吸波材料层的厚度为8mm～18mm。

7.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述反射增强层的厚度为18μm～104μm。

8.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述传热体为金属柱体，所述金属柱体表面覆有铜薄层。

9.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述结构单元的长度和/或宽度为25mm～40mm。

10.如权利要求1所述的增强型吸波材料结构体，其特征在于，所述载板为金属板、PCB基板中的任一种；所述载板厚度为1.0mm～2.0mm。