一种宽频吸波超材料制造技术

本发明专利技术公开一种宽频吸波超材料，所述宽频吸波超材料虚拟划分为多个基本单元，所述基本单元包括多层子单元，所述子单元包括基材以及附着于基材上的微结构，各层子单元上的微结构拓扑形状相同，沿电磁波传播方向，各层子单元上的微结构尺寸逐渐增大。本发明专利技术利用超材料原理设计吸波超材料，通过设置多层子单元以及各层子单元上的微结构尺寸渐变达到阻抗匹配和宽频吸波的效果。本发明专利技术宽频吸波超材料在4.2GHZ至20GHZ区间内对电磁波的衰减度达到5dB至14dB，其吸波频段宽，吸波效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸波材料，尤其涉及一种宽频吸波超材料。
技术介绍
随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的技术、各种产品越来越多，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。吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，其在包括军事以及其 它方面也有广泛的应用，比如隐形机、隐形衣等。材料吸收电磁波的基本条件是(I)电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部，即要求材料具有匹配特性；(2)进入材料内部的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即衰减特性。现有的吸波材料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，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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种利用超材料理论设计的宽频吸波超材料。该宽频吸波超材料吸收频段宽、吸波性能好，具有广泛的应用前景。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种宽频吸波超材料，所述宽频吸波超材料虚拟划分为多个基本单元，所述基本单元包括多层子单元，所述子单元包括基材以及附着于基材上的微结构，各层子单元上的微结构拓扑形状相同，沿电磁波传播方向，各层子单元上的微结构尺寸逐渐增大。进一步地，所述各层子单元上的微结构由一个或多个第一基本微结构和一个或多个第二基本微结构构成，所述第一基本微结构为完整的圆环形微结构，所述第二基本微结构为圆周上等间距设置有四个相同的缺口的圆环形微结构；所述一个或多个第一基本微结构和一个或多个第二基本微结构同心设置。进一步地，所述各层子单元上的微结构包括一个第一基本微结构形状和一个第二基本微结构形状，所述第一基本微结构形状的半径小于所述第二基本微结构形状的半径。进一步地，所述各层子单元上的微结构包括半径为A和r2的两个第一基本微结构和一个第二基本微结构,所述第二基本微结构半径大于r2, r2大于!T1。进一步地，所述各层子单元上的微结构包括一个第一基本微结构和半径为r/和r2’的两个第二基本微结构，:T2’大于大于所述第一基本微结构半径。进ー步地，所述基本単元包括九层子单元，各层子单元上的微结构尺寸沿波传播方向呈线性等比例増大，比例数为0. 3-1. 5。进ー步地,所述基材由FR4材质制成。本专利技术利用超材料原理设计吸波超材料，通过设置多层子单元以及各层子单元上的微结构尺寸渐变达到阻抗匹配和宽频吸波的效果。本专利技术宽频吸波超材料在4. 2GHZ至20GHZ区间内对电磁波的衰减度达到5dB至14dB，其吸波频段宽，吸波效果好。附图说明图I为构成超材料的基本单元的立体结构示意图；图2为本专利技术宽频吸波超材料中构成各层子单元的拓扑结构的第一基本结构的示意图； 图3为本专利技术宽频吸波超材料中构成各层子单元的拓扑结构的第二基本结构的示意图；图4为本专利技术宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第一较佳实施例的示意图；图5为本专利技术宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第二 较佳实施例的示意图；图6为本专利技术宽频吸波超材料中各层子单元上附着的微结构的拓扑结构的第三较佳实施例的示意图；图7为本专利技术宽频吸波超材料的基本单元的一较佳实施例的立体结构示意图；图8为由图7所示基本单元构成的宽频吸波超材料的仿真结果示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。光，作为电磁波的ー种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体參数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节參数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体參数,例如介电常数e和磁导率U来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同，从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波、吸收电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料称之为超材料。如图I所示，图I为构成超材料的基本单元的立体结构示意图。超材料的基本单元包括人造微结构I以及该人造微结构附着的基材2。人造微结构可为人造金属微结构，其具有对入射电磁波电场和/或磁场产生响应的平面或立体拓扑结构，改变每个超材料基本単元上的人造金属微结构的图案和/或尺寸，可改变每个超材料基本单元对入射电磁波的响应。多个超材料基本单元按一定规律排列，可使超材料对电磁波具有宏观的响应。由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应，因此各个超材料基本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应，这要求每ー超材料基本単元的尺寸小于入射电磁波五分之一波长，优选为入射电磁波十分之一波长。本段描述中，将超材料整体划分为多个超材料基本单元是一种人为的划分方法，但应知此种划分方法仅为描述方便，不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或组装而成，实际应用中超材料是将人造金属微结构周期排布于基材上即可构成，エ艺简单且成本低廉。周期排布即指上述人为划分的各个超材料基本単元上的人造金属微结构能对入射电磁波产生连续的电磁响应。本专利技术利用上述超材料原理设计宽频吸波超材料，与图I不同的是，本专利技术吸波超材料的基本単元包括多层子单元，每层子単元上均附着有不同的微结构。通过设计不同的微结构的排布实现阻抗匹配与宽频吸波的效果。本专利技术各子単元的微结构具有相同的拓扑形状但具有不同的尺寸，沿波传播方向，子単元的微结构尺寸逐渐増大。根据实验可知，相同基材条件下，微结构的尺寸越大，其对应的子单元的折射率越大，由于本专利技术中各层子单元上的微结构尺寸渐变，当电磁波入射时，能减小由于折射率突变造成的电磁波被反射带来的增益损失，从而实现阻抗匹配的效果。同时，各层子单元的微结构均具有吸波效果，各层子单元的吸波效果叠加达到宽频、高效吸波的性能。各层子单元上附着的微结构的拓扑结构可由图2、图3所示的基本结构组合而成。图2所示的第一基本微结构形状为完整的圆环形微结构，图3所示的第二基本微结构形状为圆周上等间距设置有相同的4个缺ロ结构的圆环形微结构。各层子单元的拓扑结构可由相同或不同数量的上述两种基本结构组成，例如如图4所示，图4中，各层子单元的拓扑结构包括ー个第一基本微结构和ー个第二基本微结构，第一基本微结构和第二基本微结构同心设置且第二基本微结构半径大于第一基本微结构半径。如图5所示，图5中，各层子单元的拓扑结构包括半径分别为巧和r2的两个第一基本微结构和ー个第二基本微结构，其中两个第一基本微结构和ー个第二基本微结构同心设置且第二基本微结构半径大于r2，r2大于ri。如图6所示，图6中，各层子单元的拓扑结构包括ー个第一基本微结构以及半径分别为r/和r2’的两个第二基本微结构，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频吸波超材料，其特征在于：所述宽频吸波超材料虚拟划分为多个基本单元，所述基本单元包括多层子单元，所述子单元包括基材以及附着于基材上的微结构，各层子单元上的微结构拓扑形状相同，沿电磁波传播方向，各层子单元上的微结构尺寸逐渐增大。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，寇超锋，何嘉威，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：