一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及吸波材料【技术领域】，具体涉及一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，包括金属底板、介质层和频率选择表面，所述介质层设置在金属底板上，所述频率选择表面设置在介质层上，所述频率选择表面由周期排列的多个矩形吸波单元构成，每一矩形吸波单元包括一矩形介质层，所述矩形介质层上设有一个领结型金属贴片。本实用新型采用减小整个矩形吸波单元尺寸的方式来限制矩形介质层的尺寸，有效抑制高阶模的空间传播。并在矩形介质层设计出领结型金属贴片，有效拓展了谐振频点处的带宽，设计出了一种宽带超薄型吸波层结构。
【专利说明】-种基于领结型贴片的宽带吸波层结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及吸波材料【技术领域】，具体设及一种基于领结型贴片的宽带吸波层 结构。
【背景技术】
[0002] 雷达吸波材料一直都是世界各国研究的热点，在军用方面，通过减小军事单元的 雷达散射截面可减小对方雷达的侦测范围（距离），增加己方进攻的突然性，减小军事单元 被发现被消灭的概率。民用方面则可W减小天线阵单元的禪合，增加天线单元的稳定性和 可靠性[1，2]。一般而言，好的雷达吸波材料要求频带宽，剖面薄，机械强度高，吸波效率好。 为此国际学者展开了大量的相关工作，根据各自需求设计出各种形式的吸波层。化曲etan 于2002年首次年提出用Metamaterial来获得超薄超吸收材料的思想巧]，利用频率选择表 面（Fss)实现吸波材料的设计，并得到了广泛的关注[4,5]，新加坡南洋理工大学沈忠祥教 授[6-引领导的小组研制了一批FSS及其衍生结构的吸波层设计，10地带宽大致在80%左 右。该类结构由于都是基于印刷电路板上，结构相对比较紧凑，机械强度强，加工制作容易， 且相比于早期的Salisbury和Janmann吸波层，该类结构具有更宽的带宽和更薄的剖面。 2008年，Landy等提出了一种基于周期性谐振单元的"完美吸波体"巧]，峰值处吸收率几乎 达到100%，引起了研究人员的极大兴趣，随后多种吸波体被提出[10-12]，大多由具有一 定图案的金属薄膜与介质基片形成电磁谐振器构成，具有厚度薄，吸收能力强的特点，但是 通常吸收频带较窄。其原因在于，呈现谐振特性的周期单元一般Q值较高，对频率变化比较 敏感，频点处可展示出优良特性，但是带宽受限，无法获得较宽带宽。 实用新型内容
[0003] 解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构， 根据周期结构尺寸的减小会使得高阶模成为衰减波并抑制其反射原理，采用减小整个矩形 吸波单元尺寸的方式来限制矩形介质层的尺寸，有效抑制高阶模的空间传播。并在矩形介 质层设计出领结型金属贴片，有效拓展了谐振频点处的带宽，设计出了一种宽带超薄型吸 波层结构。
[0004] 为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种基于领结型贴片的宽 带吸波层结构，包括金属底板、介质层和频率选择表面，所述介质层设置在金属底板上，所 述频率选择表面设置在介质层上，所述频率选择表面由周期排列的多个矩形吸波单元构 成，每一矩形吸波单元包括一矩形介质层，所述矩形介质层上设有一个领结型金属贴片。
[0005] 进一步的，所述领结型金属贴片从中屯、向两侧通过四个斜边逐渐变宽，四个斜边 各自横向延伸一短边，四短边另一侧通过两对平行边与两个宽边连接，形成领结型金属贴 片结构。
[0006] 进一步的，所述矩形吸波单元的长和宽分别为Dy和Dy，其中，Dy= 21mm，Dy= 45mm。 该个尺寸能够有效限制矩形吸波单元的尺寸的大小，有利于制作优良的微波吸波屏。
[0007] 进一步的，所述领结型金属贴片中屯、设有一缺口，所述缺口内连接一电阻器。通过 电阻器来吸收频率选择表面的电磁波能量。
[000引更进一步的，所述缺口宽度为1mm。
[0009] 一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，包括金属底板、介质层和频率选择表面， 所述介质层设置在金属底板上，所述频率选择表面设置在介质层上，所述频率选择表面由 周期排列的多个矩形吸波单元构成，每一矩形吸波单元包括一矩形介质层，所述矩形介质 层上设有多个领结型金属贴片。
[0010] 进一步的，多个领结型金属贴片的形状相同但大小不同，不同领结型金属贴片大 小对于不同谐振频率。
[0011] 更进一步的，所述领结型金属贴片个数为2个。
[0012] 进一步的，每一所述领结型金属贴片从中屯、向两侧通过四个斜边逐渐变宽，四个 斜边各自横向延伸一短边，四短边另一侧通过两对平行边与两个宽边连接，形成领结型金 属贴片结构。
[0013] 进一步的，所述矩形吸波单元的长和宽分别为D,和Dy，其中，D,= 21mm，Dy=45mm。 该个尺寸能够有效限制矩形吸波单元的尺寸的大小，有利于制作优良的微波吸波屏。
[0014] 进一步的，每一所述领结型金属贴片中屯、设有一缺口，所述缺口内连接一电阻器。 通过电阻器来吸收频率选择表面的电磁波能量。
[0015] 更进一步的，所述缺口宽度为1mm。
[0016] 本实用新型通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：
[0017] 本实用新型通过在每一矩形吸波单元的矩形介质层上设有一个领结型金属贴片。 通过容性加载，可W让电流沿着贴片的水平两臂流过，从而增加了吸波单元电流路径。该领 结型贴片又不是标准的领结型，而是采用"变形领结型贴片"，该有利于保证宽频带特性，在 一定频段内所有电流的路径，使得更多的电流与贴片谐振。
[0018] 本实用新型还通过在每一矩形吸波单元的矩形介质层上设置多个领结型金属贴 片，采用多谐振单元设计，在一个周期单元内设置不同大小但形状相同的领结型贴片结构， 由于不同的贴片长度对应不同谐振频率，设计出来多谐振特性的频率选择表面。
[0019] 本实用新型采用领结型金属贴片中屯、设有一缺口，所述缺口内连接一电阻器，通 过采用电阻器来替代Salisbury和Jaumann吸波层中出现的阻抗涂层。将完整的变形领结 金属贴片的中间洗出1mm大小的缺口，并通过电阻进行连接。利用该一电阻来吸收电磁波 能量。
[0020] 通过仿真和测试，该吸波层的10地吸波率带宽达90%，而其厚度不足频段中屯、频 点在自由空间波长的1/7。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型的实施例1的结构示意图。
[0022] 图2是本实用新型的实施例1的矩形吸波单元结构示意图。
[0023] 图3是本实用新型的实施例2的结构示意图。
[0024] 图4是本实用新型的实施例2的矩形吸波单元结构示意图。
[0025] 图5是本实用新型的实施例2的等效电路原理图。
[0026] 图6是本实用新型的实施例2的仿真实验结果的RCS缩减对比曲线图。
【具体实施方式】
[0027] 现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[002引实施例1 ;
[0029] 作为一个具体的实施例，参考图1和图2所示，本实用新型的一种基于领结型贴片 的宽带吸波层结构，包括金属底板1、介质层2和频率选择表面3,所述介质层2设置在金 属底板1上，所述频率选择表面3设置在介质层2上，所述频率选择表面3由周期排列的多 个矩形吸波单元31构成，每一矩形吸波单元31包括一矩形介质层3131，所述矩形介质层 31上设有一个领结型金属贴片32。
[0030] 所述领结型金属贴片32从中屯、向两侧通过四个斜边321逐渐变宽，四个斜边321 各自横向延伸一短边322,四短边322另一侧通过两对平行边323与两个宽边324连接， 形成领结型金属贴片32结构。上述结构中，所述中屯、为对称中屯、，中屯、水平向最窄宽度为 2rniii 〇
[003U 所述矩形吸波单元31的长和宽分别为Dx和Dy，其中，Dx= 21mm，Dy= 45mm。该个 尺寸能够有效限制矩形吸波单元的尺寸的大小，有利于制作优良的微波吸波屏。
[0032] 所述领结型金属贴片32中屯、设有一缺口，所述缺口水平方向上将领结型金属贴 片32从中屯、一分为二，所述缺口在竖直方向上的宽度为1mm。所述缺口内连接一电阻器。 通过电阻器来吸收频率选择表面的电磁波能量。
[0033] 实施例2 ;
[0034] 实施例1中采用了在吸波单元内设计一个领结型金属贴片，实现在某个谐振频点 处拓宽带宽，但是为了达到超宽带的效果，本实用新型还通过在每一矩形吸波单元的矩形 介质层31上设置多个领结型金属贴片，采用多谐振单元设计，在一个周期单元内设置不同 大小但形状相同的领结型贴片结构，由于不同的贴片长度对应不同谐振频率，设计出来多 谐振特性的频率选择表面。
[0035] 参考图3至图6所示，一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，包括金属底板1、 介质层2和频率选择表面3,所述介质层2设置在金属底板上，所述频率选择表面3设置在 介质层2上，所述频率选择表面3由周期排列的多个矩形吸波单元31构成，每一矩形吸波 单元31包括一矩形介质层31，所述矩形介质层31上设有2个领结型金属贴片32, 32'，本 实施例中，为了简化说明，采用了 2个领结型金属贴片32, 32'的矩形介质层31结构设计。 2个领结型金属贴片32, 32'的形状相同但大小不同，不同领结型金属贴片大小对于不同谐 振频率。参考图4所示，领结型金属贴片32大小大于领结型金属贴片32'，领结型金属贴 片32设置在矩形介质层31的左侧，领结型金属贴片32'设置在金属贴片31的右侧，而领 结型金属贴片32长度大于领结型金属贴片32'具有处于同一轴线上的水平对称中屯、，也就 是说，在水平方向上，2个领结型金属贴片32, 32'具有相同的水平对称中屯、轴。
[0036] 所述领结型金属贴片32从中屯、沿竖直方向的两侧通过四个斜边321逐渐变宽，四 个斜边321各自横向延伸一短边322,四短边322另一侧通过两对平行边323与两个宽边 324连接，形成领结型金属贴片32结构。上述结构中，所述中屯、为对称中屯、，中屯、水平向最 窄宽度为2mm。
[0037] 每一所述领结型金属贴片中屯、设有一缺口，所述缺口竖直方向上的宽度为1mm。上 述缺口水平方向上的长度为2mm，即为中屯、水平向最窄宽度。所述缺口内连接一电阻器。通 过电阻器来吸收频率选择表面的电磁波能量。
[003引参考图4所示，所述矩形吸波单元3的长和宽分别为Dy和Dy，其中，Dy= 21mm，D y =45mm。该个尺寸能够有效限制矩形吸波单元的尺寸的大小，有利于制作优良的微波吸波 屏。图4示意出了在竖直方向上，矩形吸波单元3上边、领结型金属贴片32的上宽边324、 上面的短边322、水平对称轴、下短边322、下宽边324、矩形吸波单元3下边之间的部分距离 参数值，W及在水平方向上，2个领结型金属贴片32, 32'竖直对称轴之间的距离d，部分参 数值如下：
[0039] Dy= 21mm D y= 45mm d = 7mm
[0040] lii= w 11= 0. 5mm 1 12二 15. 5mm 1 ^二 17. 5mm w 12= 1mm w4mm R j= 200 Q
[0041] l2i= w 21= 0. 5mm 122= 5. 5mm 123= 6. 5mm w 22= 2. 5mm w 23= 3mm R 2= 180 Q
[0042] 为了进一步说明本实施例的工作机理，假设电磁波垂直入射到本文吸波结构，电 场极化方向为^?，磁场极化方向为-夕。利用矩形介质层表面的边界条件，可^判断矩形介 质层上的电流方向为^^则电流正好从贴片的一段经过电阻流至另外一端。通过^上分析， 可W将上述吸波机理转换为图5中等效电路：
[0043] 基片部分、领结型金属贴片32、领结型金属贴片32'和自由空间的对应部分，其中 将领结型金属贴片32,32'部分的电感效应改换为可变电感是因为考虑到领结型贴片的宽 带作用。贴片间的禪合电容指的是领结型金属贴片32,32'之间的寄生效应。如果介质层 表面为高阻表面，即Yh2- 0,根据电路图4,可得出相应的反射系数计算表达式：
【权利要求】
1. 一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于：包括金属底板、介质层和频 率选择表面，所述介质层设置在金属底板上，所述频率选择表面设置在介质层上，所述频率 选择表面由周期排列的多个矩形吸波单元构成，每一矩形吸波单元包括一矩形介质层，所 述矩形介质层上设有一个领结型金属贴片。
2. -种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于：包括金属底板、介质层和频 率选择表面，所述介质层设置在金属底板上，所述频率选择表面设置在介质层上，所述频率 选择表面由周期排列的多个矩形吸波单元构成，每一矩形吸波单元包括一矩形介质层，所 述矩形介质层上设有多个领结型金属贴片。
3. 根据权利要求2所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于：多个 领结型金属贴片的形状相同但大小不同，不同领结型金属贴片大小对于不同谐振频率。
4. 根据权利要求2所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于：所述 领结型金属贴片个数为2个。
5. 根据权利要求1或2所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于： 所述领结型金属贴片从中心向两侧通过四个斜边逐渐变宽，四个斜边各自横向延伸一短 边，四短边另一侧通过两对平行边与两个宽边连接，形成领结型金属贴片结构。
6. 根据权利要求1或2所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于： 所述矩形吸波单元的长和宽分别为DjP D y，其中，Dx= 21mm，D y= 45mm〇
7. 根据权利要求1或2所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于： 所述领结型金属贴片中心设有一缺口，所述缺口内连接一电阻器，通过电阻器来吸收频率 选择表面的电磁波能量。
8. 根据权利要求7所述的一种基于领结型贴片的宽带吸波层结构，其特征在于：所述 缺口宽度为1mm。
【文档编号】H01Q17/00GK204243209SQ201420770417
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】汤炜, 武菲菲, 刘禹杰 申请人:汤炜