一种超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的制作方法

本发明涉及雷达吸波材料，特别涉及一种超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料，是属于国防功能材料领域。

背景技术：

随着电磁波技术的迅速发展，隐身技术在现代战争中的地位越发重要。隐身技术是否发达直接关系军队综合作战能力。吸波材料是实现装备隐身、屏蔽电磁干扰、躲避侦查的有效的重要手段。近些年来填充一定吸收剂的雷达吸波泡沫因其轻质、吸收稳定，力学性能可佳等被广泛研究应用。

超材料是指一类具有天然媒质所不具备的超物理性能的人工材料。通过人工设计改变关键物理尺寸实现特定的等效电磁参数以在特定频段实现匹配吸收。超材料因其“薄、轻、宽、频带易调节”等优点吸引广大研究人员。

传统雷达吸波材料厚度大、质量大等缺点一直以来困扰着它的实际应用问题。尤其是在特定频段，特定厚度限制等情况下难以满足实际需求。将超材料“薄、轻、宽、频带易调节”的有点赋予传统雷达吸波材料是解决当前问题的有效方法之一。

技术实现要素：

针对现有的传统雷达吸波材料存在厚度大、质量大、特定频段不能实现良好吸收等缺点与不足，本发明的目的在于提供一种在更宽频带内具有更好吸波性能的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料；该超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料设计简单、可操作性强，适用于雷达吸波、电磁屏蔽等邻域。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料，其包括超材料增强吸波泡沫结构和全反射衬板基底；所述超材料增强吸波泡沫结构是由至少两层吸波泡沫层和至少两层超材料层按任意顺序依次叠加构成。

优选的方案，所述超材料增强吸波泡沫结构由至少两层吸波泡沫层和至少两层超材料层按交替顺序依次叠加构成的平面叠层结构。

较优选的方案，所述超材料增强吸波泡沫结构由两层吸波泡沫层和两层超材料层按交替顺序依次叠加构成；或者由三层吸波泡沫层和两层超材料层按交替顺序依次叠加构成；或者由两层吸波泡沫层和三层超材料层按交替顺序依次叠加构成。

进一步优选的方案，所述超材料增强吸波泡沫结构中各层吸波泡沫层中的吸波泡沫材料相同或不同；更优选为不同。

进一步优选的方案，所述超材料增强吸波泡沫结构中各层超材料层中的超材料相同或不同；更优选为不同。

更优选的方案，所述超材料为纳米超材料、光子晶体、等离子体超材料、介电型超材料或电阻型超材料。

本发明的吸波泡沫层的吸波泡沫材料选择、吸波泡沫层厚度以及吸波泡沫材料中吸波剂的选择不受限制，可以选择任意现有报道的吸波泡沫材料。例如：刘祥萱等研究制备的羰基铁吸波泡沫，贺龙辉等研究制备的短切碳纤维聚氨酯泡沫等，这些吸波泡沫都适应于本发明的技术方案。

本发明的超材料层为所有现有报道的人工设计的吸波超材料。例如：专利103647152A公布的超材料频率选择表面、专利102811596A公布的电阻型超材料以及近几年展开研究的纯电介质超材料，这些超材料都适应于本发明的技术方案。

本发明的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料，以沿照射电磁场方向作为相对方向参考，超材料增强吸波泡沫结构中的吸波泡沫层和超材料层与全反射衬板基底可以采取一定排布方式。为详细说明，以超材料增强吸波泡沫结构中含两层以上超材料，两层以上吸波泡沫为例进行具体说明：

排布方式1：不考虑全反射衬板基底，沿电磁场照射方向，超材料增强吸波泡沫结构中，第一层为超材料层，最后一层为吸波泡沫层，中间不限制吸波泡沫层数以及超材料层数，且中间的吸波泡层及超材料层按任意顺序排列，典型结构如附图1；

排布方式2：不考虑全反射衬板基底，沿电磁场照射方向，超材料增强吸波泡沫结构中，第一层为吸波泡沫层，最后一层为超材料层，中间不限制吸波泡层数以及超材料层数，且中间的吸波泡层及超材料层按任意顺序排列，典型结构如附图2。

排布方式3：不考虑全反射衬板基底，沿电磁场照射方向，超材料增强吸波泡沫结构中，第一层和最后一层均为吸波泡沫层，中间不限制吸波泡层数以及超材料层数，且中间的吸波泡层及超材料层按任意顺序排列，典型结构如附图3。

排布方式4：不考虑全反射衬板基底，沿电磁场照射方向，超材料增强吸波泡沫结构中，第一层和最后一层均为超材料层，中间不限制吸波泡层数以及超材料层数，且中间的吸波泡层及超材料层按任意顺序排列，典型结构如附图4。

本发明的全反射衬板基底为本技术领域常规的全反射衬板，其材料类型以及全反射衬板厚度不受限制。全反射衬板如常规的铜板以及工业用1000系列铝板等。

相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

现有技术中，采用多边开缝式电阻型频率选择表面(FSS)与传统的磁性吸波材料(RAM)复合，以不同碳纤维含量的磁性吸波材料RAM1及RAM2与底层FSS复合构建三层吸波体模型电阻型，FSS在8.7GHz附近具有更加优良的吸波性能,同时FSS复合传统的磁性吸波材料RAM产生了拓频效果,在8～15GHz范围内起到全频段吸收。

而本发明的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料提出了一种全新的超材料和吸波泡沫复合方式，由至少两层超材料层和至少两层吸波泡沫材料层按任意叠加方式构成。将多层吸波泡沫与多层超材料复合，超材料层与吸波材料层叠加复合，可以改善吸波体的局部吸收性能，而多层吸波泡沫与多层超材料叠加复合，可以有效增强整个吸波单元的吸收性能。且超材料层不被限制在底层(紧挨全反射板)，而可以按照需要置于泡沫之间的特定位置，且超材料设置两层以上，且可以采用不同的超材料，使得超材料的设计不限制于谐振单元+介质基板+全反射板的传统结构，便于各种类型的超材料投入使用(比如：金属谐振单元+介质基板+金属谐振单元超材料、谐振单元+介质基板+电阻谐振单元，甚至具有特定结构的纯电介质超材料)，大大增加吸波体的设计灵活性。而吸波泡沫设置两层以上，且可以采用相同或不同的吸波泡沫材料与超材料复合，有利于形成梯度吸波材料，以增强吸收带宽，且层次的增加促使不同长度波长的电磁波进入吸波体并被损耗，尤其有利于低频吸波体材料的设计。综上所述，本发明的超材料增强吸波泡沫材料具有更宽的有效吸收频率范围，且具有对该宽频率范围内具有更强的吸收。

附图说明

【图1】为实施例1制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的结构示意图；

【图2】为实施例2制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的结构示意图；

【图3】为实施例3制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的结构示意图；

【图4】为实施例4制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的结构示意图；

【图5】为参照实例RAM1与RAM2复合吸波泡沫的反射率曲线；

【图6】为实施例1采用的孔洞超材料结构示意图；

【图7】为实施例1制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的反射率曲线；

【图8】为实施例2制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料的反射率曲线；

【图9】为实施例3制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料反射率曲线；

【图10】为实施例4制备的超材料增强吸波泡沫雷达吸波材料反射率曲线；

【图11】为实施例1～4中采用的吸波泡沫RAM1的介电常数曲线；

【图12】为实施例1～4中采用的吸波泡沫RAM1的磁导率曲线；

【图13】为实施例1～4中采用的吸波泡沫RAM2的介电常数曲线；

【图14】为实施例1～4中采用的吸波泡沫RAM2的磁导率曲线；

其中，1为吸波泡沫层RAM1，2为吸波泡沫层RAM2，3为超材料层，4为全反射衬板。

具体实施方式

为了更清楚地展现本发明的目的、技术方案和优点，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明用过热压将层板复合。

本发明预通过传输线理论和等效电路法辅助分析和设计。

本发明采用：弓形法进行反射率测试。

参照实例：以下采用两种型号吸波泡沫和超材料复合，泡沫型号分别记为RAM1、RAM2。本发明中所述各实例均使用5mmRAM1吸波泡沫以及5mmRAM2泡沫。沿电磁场入射方向：RAM1为第一层，RAM2为第二层，全反射板为第三层。复合吸波泡沫的实测吸收率如图5：在10.32-18GHz范围内有-10dB以下吸收，最大吸收为-14.19dB。以此作为参照实例。

实施例1

本实施例为多层超材料与多层吸波泡沫复合

沿电磁场入射方向，第一层为超材料1，第二层为吸波泡沫RAM1，第三层为超材料2，第四层为吸波泡沫RAM2，第五层为全反射板，结构示意图如图1。吸波体为周期结构单元，一个单元的边长为12mm。超材料1为孔洞超材料，边长为12mm,孔径10mm，介电常数4.3，损耗角正切0.025，厚度1.6mm；超材料2为单侧十字线结构和介质基板，十字线长11.6mm，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm。测试结果如图7，结果显示：吸波体在5.68-18GHz频率范围内有-10dB以下吸收，平均吸收-17.93dB,最强吸收处为-36dB强吸收。

实施例2

本实施例为多层超材料与多层吸波泡沫复合

沿电磁场入射方向，第一层为吸波泡沫RAM1，第二层为超材料1，第三层为波泡沫RAM2，第四层为超材料2，第五层为全反射板，结构示意图如图2。吸波体为周期结构单元，一个单元的边长为12mm。超材料1为单侧十字线结构和介质基板，十字线长11.6mm，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm；超材料2为同心双方环谐振金属结构，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm。测试结果如图8，结果显示：吸波体在5.8-18GHz频率范围内有-10dB以下吸收，平均吸收-15.8dB，最大吸收处为-23.2dB。

实施例3

本实施例为多层超材料与多层吸波泡沫复合

沿电磁场入射方向，第一层为吸波泡沫RAM1，第二层为超材料1，第三层为波泡沫RAM1，第四层为超材料2，第五层为吸波泡沫RAM2，第六层为全反射板，结构示意图如图3。吸波体为周期结构单元，一个单元的边长为12mm。超材料1为单侧方环结构和介质基板，方环边长10mm，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm；超材料2为单侧十字线谐振金属结构，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm。测试结果如图9，结果显示：吸波体在4.36-18GHz频率范围内有-10dB以下吸收，平均吸收-15.89dB。

实施例4

本实施例为多层超材料与多层吸波泡沫复合

沿电磁场入射方向，第一层为超材料1，第二层为吸波泡沫RAM1，第三层为超材料2，第四层为吸波泡沫RAM2，第五层为超材料3，第六层为全反射板，结构示意图如图4。吸波体为周期结构单元，一个单元的边长为12mm。超材料1为孔洞超材料，介电常数4.3，损耗正切为0.025，厚度1.6mm,边长12mm,孔径10mm,用数控雕刻机按照CAD图形一次雕刻成型。超材料2为单侧十字线金属结构和介质基板，线长11.6mm，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm；超材料3为同心双方环谐振金属结构，电导率为5.8×10^7m/s，基板介电常数为4.3，损耗角正切0.025，厚度0.8mm。测试结果如图10，结果显示：吸波体在5.68-18GHz频率范围内有-10dB以下吸收，平均吸收-18.4dB，最大吸收处达到-35.3dB。

以上实施实例仅作为分析事例。本发明不受限于实施事例中。