高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构制造技术

本发明专利技术涉及高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构。目前已报道的传统吸波结构多数基于谐振型吸波结构，单元中设置有较多集总元件。虽然传统结构易于拓宽吸波频带，但是无法高效吸收不同极化大角度入射的电磁波。本发明专利技术通过将不同结构尺寸的磁性吸波材料进行垂直设置，并在材料间内嵌介质层进行阻抗匹配，实现了对不同极化均有效的宽带高角度稳定性的吸波性能。该多层磁性材料吸波结构原理清晰，单元结构简单，便于加工，具有巨大的潜在工程应用价值。应用价值。应用价值。

【技术实现步骤摘要】
高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构


[0001]本专利技术属于微波
，涉及一种高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构，可应用于无线通信、雷达技术、隐身技术、电磁干扰抑制等多种军事领域。

技术介绍

[0002]在当前的军事应用中，具备宽带、高角度稳定特性的吸波材料或者吸波结构备受关注。宽带吸波性能有利于降低通讯系统在整个通讯频段的电磁反射，提升武器平台在宽频带范围内的隐身性能；高角度稳定特性可以提升平台在不同角度电磁波照射下的宽角域隐身特性，降低其被敌方探测雷达所发现的概率，降低敌方雷达的反应灵敏度。
[0003]传统吸波结构的宽带吸波特性通常以集总元件与多层介质相互匹配的方式实现，这种方法会极大增加整个结构厚度。而吸波结构的高角度稳定性可以通过单元的结构小型化提升对大角度入射的电磁波的吸收能力，但这会引起阻抗失配，增加设计难度。综上所述，一直以来，传统吸波结构的宽带、高角度稳定性吸波性能的实现是一个难题。
[0004]磁性材料是一种在特定频段对电磁波具有吸收特性的人工材料，可以通过调整其组成和结构来实现对特定频段、极化方式以及入射角度的吸收。基于磁性材料研制的吸波体既能增加吸波频段的相对带宽，又能够提升不同极化更高角度的吸波特性，这极大地提升了整个系统的隐身特性，能够有效地提升作战平台的隐身性能，对高角度隐身特性发挥着关键作用。
[0005]目前已报道的吸波结构/材料多数只关注吸波带宽，难以吸收大角度入射的不同极化电磁波。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构，该吸波结构通过将两种不同尺寸的磁性材料进行堆叠，并在两个磁性材料之间内嵌介质层，实现了对任意极化电磁波有效的、覆盖S和C波段的高角度稳定吸波性能。这种结构极为简单，易于加工，设计成本低，原理清晰，具有极大的应用潜力。
[0007]本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构为三层垂直排布结构，结构为周期性分布(在x、y两个周期方向无缝排布)的吸波单元，每个吸波单元从下到上依次包括第一磁性材料吸波体、第一介质层、第二磁性材料吸波体。第一磁性材料吸波体与第二磁性材料吸波体之间留有第一介质层。
[0008]所述的第一磁性材料吸波体包括第一磁性单元、金属面，所述金属面位于第一磁性单元下表面，其尺寸与第一磁性单元相同；
[0009]所述的第二磁性材料吸波体包括第二磁性单元、第二介质层，且第二磁性单元由第二介质层所包围，第二磁性单元与第二介质层的间距b3满足0.0052λ
a
～0.01λ
a
，λ
a
为吸波结构的吸波带起始频率所对应的波长；
[0010]所述的第一介质层高度h2满足0.035λ
a
～0.045λ
a
，λ
a
为吸波结构的吸波带起始频
率所对应的波长。第一介质层的作用是进行阻抗匹配，同时周期单元中第二磁性单元之间会产生耦合电容达到阻抗匹配的作用。
[0011]作为优选，所述的第一介质层、第二介质层采用的介质为空气。
[0012]作为优选，第一磁性单元采用方形结构，下方无缝紧贴金属面；
[0013]作为优选，第二磁性单元采用方形结构，周围由第二介质层所包裹。
[0014]作为优选，第一磁性单元与第二磁性单元之间采用第一介质层进行隔离。
[0015]第二磁性材料吸波体采用了介质(优选为空气)和磁性材料相互匹配的方式达到了阻抗匹配的效果，实现了工作频段内的高角度稳定性。
[0016]作为优选，第一磁性材料吸波体、第一介质层、第二磁性材料吸波体均为方形，三者中心位于同一直线，该直线与z轴平行。
[0017]作为优选，所述第二磁性单元、第二介质层的比例根据阻抗匹配调整。
[0018]作为优选，所述第一磁性单元和第二磁性单元的磁性材料材质相同，且第一磁性单元高度h1与第二磁性单元高度h3一致，第一磁性单元和第二磁性单元的宽度比例满足b1：b2＝10：7。
[0019]具体工作原理：当工作频带内电磁波入射时，第二磁性单元对电磁波进行第一次吸收，再由第一介质层和第一磁性单元进行匹配第二次吸收，未吸收的电磁波由金属面反射后，再经第一磁性单元、第二磁性单元进行第三次吸收，从而达到良好的吸波效果。由于第一磁性材料吸波体对TM极化电磁波具有天然的高角度稳定性，但对TE极化电磁波的高角度稳定性较差，通过第二磁性材料吸波体和第一介质层的匹配，对TE极化斜入射电磁波照射下的单元阻抗补偿，斜入射角度越大，阻抗补偿越多。这使得吸波结构不但具有宽带吸波性能，还具备了吸收不同极化大角度入射电磁波的特性。
[0020]高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构具有以下优点：
[0021](1)高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构基于磁性材料设计了具有宽带高角度稳定性的吸波结构单元。通过将第二磁性单元覆盖在第一介质层上方，高效匹配工作频段内的阻抗，在几乎不影响TM极化电磁波吸收能力的前提下，极大提升了对TE极化电磁波的吸收性能，大幅提升了大空域范围的隐身特性；
[0022](2)高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构采用简单、新颖的单元结构，高效调控单元结构内各个材料间的阻抗和磁性材料间的耦合电容对不同入射角度的阻抗补偿特性，实现良好的阻抗匹配效果，设计原理清晰，设计结构非常简单，成本低廉。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构的三维结构单元示意图；
[0024]图2是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构俯视图；
[0025]图3是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构的等效电路示意图；
[0026]图4、图5分别是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构在以60
°
入射角度的TE、TM极化电磁波照射下的h2参数扫描曲线图；
[0027]图6、图7分别是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构在以60
°
入射角度的TE、TM极化电磁波照射下的b2参数扫描曲线图；
[0028]图8是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构在正入射双极化电磁波照射下的频率响应特性曲线图；
[0029]图9、图10分别是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构分别在以0
°
、30
°
、60
°
入射角度的TE、TM极化电磁波照射下的频率响应特性曲线图；
[0030]图11、图12分别是本专利技术的高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构分别在以0
°
、60
°
、70
°
入射角度的TE、TM极化电磁波照射下的吸波率曲线图；
[0031]图中标记：金属面1、第一磁性单元2、第一介质层3、第二磁性单元4、第二介质层5。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高角度稳定的宽带多层磁性材料吸波结构，为三层垂直排布结构，包括周期性分布的吸波单元，其特征在于：每个吸波单元从下到上依次包括第一磁性材料吸波体、第一介质层(3)、第二磁性材料吸波体；所述的第一磁性材料吸波体包括金属面(1)、第一磁性单元(2)，所述金属面(1)紧贴在所述第一磁性单元(2)下表面，其尺寸与所述第一磁性单元(2)相同；所述的第二磁性材料吸波体包括第二磁性单元(4)、第二介质层(5)，且所述第二磁性单元(4)由所述第二介质层(5)所包围。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第二磁性单元(4)与第二介质层(5)的间距b3满足0.0052λ
a
～0.01λ
a
，λ
a
为吸波结构的吸波带起始频率所对应的波长；所述第一介质层(3)高度h2满足0.035λ
a
～0.045λ
a
，λ
a
为吸波结构的吸波带起始频率所对应的波长。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第一磁性单元(2)高度h1满足0.02λ
a
～0.05λ
a
，宽度b1满足0.035λ
a
～0.07λ
a
，λ
a
为吸波结构的吸波带起始频率所对应的波长。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述第二磁性单元(4)高度h3满足条件0.02λ

【专利技术属性】
技术研发人员：俞伟良，杜熠，罗国清，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：