一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构制造技术

本发明专利技术公开了一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构。吸波体结构包含平面部分和垂直部分；平面部分中谐振单元与金属背板位于双层介质基板的上下表面，垂直部分由呈十字状垂直放置的介质板和谐振单元构成，介质板在双层介质基板上划分为四个区域，每个区域有一谐振单元；谐振单包括十字架单元、正方形单元和三角形单元；十字架单元置于中心，十字架单元周围形成四个空缺区域，每个空缺区域内放置一个正方形单元和两个三角形单元。本发明专利技术改善了传统二维介质损耗型吸波体结构吸收带宽窄与入射角稳定性差的缺陷，增强了吸波性能，具有更宽的吸收带宽以及更稳定的极化和角度不敏感特性，应用广泛。应用广泛。应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构


[0001]本专利技术涉及超材料吸波体结构
的一种吸波体结构，具体涉及了一种可增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，可应用于雷达成像、卫星通信、5G通信及芯片体系的电磁辐射抑制。

技术介绍

[0002]超材料吸波体结构是超材料的重要应用领域之一，其工作原理主要是利用自身结构的谐振损耗吸收电磁波，将电磁能转换为热能等其他形式的能量进行耗散，以此实现对电磁波的损耗，上述性质使得超材料吸波体结构在国防军事、雷达通信等领域具有极大的应用价值，成为电磁屏蔽领域的重要研究方向。
[0003]目前，超材料吸波体结构根据损耗机理不同可以分为介质损耗型吸波体结构和欧姆损耗型吸波体结构。介质损耗型吸波体结构通常使用周期金属结构印刷在介质板上，并依据实际需求调整部分参数实现阻抗匹配，达到良好的吸波性能。传统的介质损耗型吸波体结构通常指二维“三明治”型吸波体结构，即由“金属层
‑
介质层
‑
金属层”共三层组成，其具有高吸收率及轻薄等优点的同时，同样存在如吸收带宽窄、入射角度敏感等问题。当将吸波体结构应用于如芯片封装等场景时，电磁波非理想垂直入射，二维介质损耗型吸波体结构存在的吸收带宽过窄、对大入射角敏感的问题就会导致其原本吸波性能减弱，屏蔽效能降低。因此，提升角度稳定性以及拓展吸收带宽成为了超材料吸波体结构领域所需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有研究内容中存在的问题，本专利技术提供了一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，提升了角度稳定性，拓展了吸收带宽。
[0005]本专利技术是提升整体吸波性能的三维宽带吸波体结构。自由空间的电磁波通过阻抗匹配入射到吸波体结构的谐振单元，由于吸波体结构最底层覆金属背板，电磁波无法透过，因此全部反射，在吸波体结构单元内多次耗散，实现了对电磁波的吸收。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007]所述吸波体结构包含平面部分和垂直部分；
[0008]平面部分主要由一层金属背板、双层介质基板以及位于双层介质基板表面的谐振单元构成，谐振单元与金属背板分别位于双层介质基板的上下两个表面；
[0009]垂直部分位于平面部分的正上面，垂直部分由呈十字状垂直放置的介质板和印刷在介质板表面的谐振单元构成。
[0010]所述的介质板底部位于双层介质基板的上表面上，介质板将双层介质基板的上表面划分为四个区域，四个区域分别位于四角，每个区域上均布置有一个谐振单元。
[0011]所述的吸波体结构由平面部分及垂直部分共同构成，其中平面部分由表面损耗层、双层介质基板及单层金属背板组成；垂直部分由垂直放置于平面部分的十字状介质基
板及印刷在介质基板表面的损耗层组成。损耗层由多组相同样式的具有中心对称性的谐振单元构成，其中每组谐振单元包含1个45
°
放置的十字架形状、4个45
°
放置的正方形形状及8个倒放的三角形形状。
[0012]所述的介质板十字状每个分支的侧面均设置有一个谐振单元。
[0013]所述的谐振单元整体呈正方形，包括了一个十字架形状的十字架单元、四个正方形的正方形单元和八个等腰三角形的三角形单元；十字架单元置于中心，十字架单元中的两条交叉线是沿谐振单元的对角线布置，十字架单元周围形成四个等腰三角形的较大空缺区域，每个较大空缺区域内放置一个正方形单元和两个三角形单元，正方形单元置于较大空缺区域的中间且靠近中心侧布置，正方形单元的两条对角线和谐振单元的对角线呈45度夹角布置，较大空缺区域中除去正方形单元所在区域后存在两侧的等腰三角形的较小空缺区域，每个较小空缺区域中放置一个三角形单元，三角形单元两个腰是沿谐振单元的对角线布置。
[0014]所述的十字架单元、正方形单元和三角形单元中两者相互之间均具有间隙，且间隙各处相等。
[0015]所述的双层介质基板是由分别位于上下层的上层介质基板、下层介质基板层叠而成。
[0016]位于平面部分的所有谐振单元关于平面部分的水平中心点沿圆周间隔均布对称布置，位于垂直部分的所有谐振单元关于垂直中心轴线以两两对称布置。
[0017]所述的介质板采用为FR
‑
4材料。
[0018]所述的上层介质基板、下层介质基板材料不同，分别采用为FR
‑
4材料及ECCOSORB
‑
BSRU1材料。
[0019]其中FR
‑
4材料的介电常数为4.3，损耗角正切为0.025。
[0020]所述的金属背板和谐振单元均采用材料铜，导电率为5.96
×
107S/m。
[0021]本专利技术的三维宽带吸波体结构的优势，相较于传统二维介质损耗型吸波体结构具有更好的吸波性能，具体指更宽的吸收带宽(7
‑
22GHz)及更稳定的角度不敏感特性(入射角为70
°
时仍具有稳定的吸收带宽和高吸收率)。
[0022]本专利技术首先，利用双层介质基板实现吸收带宽的展宽；其次，引入垂直结构将吸波体结构由传统的二维模式升级为三维模式，垂直结构提升了吸波体结构的角度稳定性；最后将两者结合，由此专利技术的三维宽带吸波体结构很好的解决了传统二维介质损耗型吸波体结构存在的吸收带宽窄、角度稳定性差的问题。
[0023]具体实施中，本专利技术的三维宽带吸波体结构的平面部分，其双层介质基板改善了原本二维介质损耗型吸波体结构吸收带宽窄的缺点；三维宽带吸波体结构的垂直部分，十字状的介质基板及其表面的多组谐振单元为吸波体结构提供了良好的角度稳定性，使得吸波体结构实现对各个方向杂散的电磁波的吸收。
[0024]具体实施中，本专利技术的三维宽带吸波体结构实现了7
‑
22GHz频率范围内85％以上的吸收率，并且在入射角达到70度仍保持着良好的吸波性能，同时可以通过调节吸波体结构的部分参数，如基板厚度、介质材料等实现所需频段的高吸收率。
[0025]本专利技术的吸波体结构工作原理如下：
[0026]自由空间中的电磁波辐射源通常种类复杂且散射角度较大，而二维吸波体结构的
吸波性能又易受到入射角度的影响，导致谐振频率的变化及吸收率的降低，同时，二维介质损耗型吸波体结构还存在着吸收带宽过窄的缺陷。为解决上述二维吸波体结构的大入射角不稳定及吸收带宽窄的问题，本专利技术参考了多层吸波结构等新型吸波体结构设计理念，推出了双层基板、立体结构与传统二维结构相结合的三维宽带吸波体结构，拓展了吸收带宽，提高了吸波结构的角度稳定性。
[0027]当电磁波入射到金属结构表面，会发生反射或者透射，反射率和透射率的表达式分别为R(ω)和T(ω)。其中R(ω)＝|S
11
|2，T(ω)＝|S
21
|2。吸收率A(ω)用下式表示：A(ω)＝1
‑
R(ω)
‑
T(ω)＝1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，其特征在于：所述吸波体结构包含平面部分和垂直部分；平面部分主要由一层金属背板(5)、双层介质基板以及位于双层介质基板表面的谐振单元(2)构成，谐振单元(2)与金属背板(5)分别位于双层介质基板的上下两个表面；垂直部分位于平面部分的正上面，垂直部分由呈十字状垂直放置的介质板(1)和印刷在介质板(1)表面的谐振单元(2)构成。2.根据权利要求1所述的一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，其特征在于：所述的介质板(1)底部位于双层介质基板的上表面上，介质板(1)将双层介质基板的上表面划分为四个区域，四个区域分别位于四角，每个区域上均布置有一个谐振单元(2)。3.根据权利要求1所述的一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，其特征在于：所述的介质板(1)十字状每个分支的侧面均设置有一个谐振单元(2)。4.根据权利要求1所述的一种增强吸波性能的三维宽带吸波体结构，其特征在于：所述的谐振单元(2)整体呈正方形，包括了一个十字架形状的十字架单元、四个正方形的正方形单元和八个等腰三角形的三角形单元；十字架单元置于中心，十字架单元中的两条交叉线是沿谐振单元(2)的对角线布置，十字架单元周围形成四个等腰三角形的较大空缺区域，每个较大空缺区域内放置一个正方形单元和两个三角形单元，正方形单元置于较大空缺区域的中间且靠近中心侧布置，正方形单元的两条对角线和谐振单元(2)的对角线呈45度夹角布置，较大空缺区域中除去...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尔平，孙喆，李燕，
申请(专利权)人：海宁利伊电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：