一种嵌入式复合超材料吸波体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料领域，具体涉及一种复合超材料吸波体。
【背景技术】
[0002]低频电磁辐射会导致白内障、听力衰退、脱发、心血管疾病、抑郁症、自杀和神经退行性疾病，通过吸波材料吸收残余辐射微波，可以有效降低电磁波的辐射强度，防止大范围辐射对生命健康的危害。同时在军事领域中，低频段的分米波可以用来侦查树木、泥土、伪装网遮蔽的目标体，通过吸波材料对低频微波的吸收，对于反侦察具有重要的现实意义。厚度薄，吸收带宽宽是吸波材料发展的趋势之一，而宽带吸波特别是在X波段，在军用隐身、舰艇伪装具有重要国防意义。
[0003]现有的吸波材料在X band在超薄条件下，可以实现宽带强吸收，但是其实现低频吸收，依然需要较厚才可以实现，主要由于磁性吸波材料的频散受snoke限制，难以实现频散的任意可调，因此需要引进其它机制调控磁性材料低频吸波。
[0004]超材料是一种人造周期性结构，具有亚波长尺寸(一般为工作波长的十分之一左右)。超材料性能的表现取决于自身材料的电磁特性、以及超材料图案化构象，利用超材料图案化构象可以实现对材料电磁频散任意可调，可以设计一些传统材料不具备的特性，如“介电近零、磁导率近零”，这种奇异特性的产生，主要是基于超材料谐振。
[0005]基于超材料的谐振，超材料在较薄的状况下可以实现完美吸收，但是其谐振对频率的作用范围小，导致其吸收带宽过窄。超材料吸收带宽的拓展，成为超材料吸波设计的瓶颈。拓宽超材料吸收带宽的方法，主要基于阻抗渐变叠加原理(面内复合、纵向复合)，这类复合结构往往过于复杂，同时在平面内复合，由于超材料之间的耦合作用，导致其拓宽有限，所以拓宽超材料吸波主要依靠纵向复合，最为典型的“金字塔”，若实现低频宽带吸收，不可避免增加其厚度。所以通过一些特殊性的材料，如“电阻膜、磁性材料、半导体材料”引入来实现对其谐振的调控或者增大其影响范围。基于电阻膜复合的超材料吸波体，通过增加欧姆损耗，利用方阻本身对极化和入射角不明感特性，可以实现宽频吸收。但是，基于电阻膜本身的超材料，依然受限于Salisbury屏限制，所以厚度较厚。近来，虽然有人提出了基于电阻膜相干吸收原理，提出了超薄状况下实现50%吸收，以及通过两束相干光实现了100%吸收，但由于受到相干源的限制，所以很难实现。
[0006]以上分析表明，对于尚频吸波而目，相对与其它材料，现有吸波材料具有明显的厚度优势。但是在低频段，吸波材料、电阻膜依然需要较厚才可以实现。而强谐振型的平面型超材料，超薄的状况下在低频，可以实现谐振吸收，但是其吸收峰较弱、同时缝宽窄，吸收带宽拓展依然无法摆脱厚度局限。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于提供一种高低兼顾、宽带超薄嵌入式复合超材料吸波体，从而解决现有磁性吸波材料低频吸波厚度过厚、无法同时兼顾高低频的问题。
[0008]为解决上述问题，采用技术方案如下:
[0009]—种嵌入式复合超材料吸波体，其组成为周期性单元结构；
[0010]所述的单元结构由介电基超结构、图案化吸波材料、金属背板构成；
[0011]所述的介电基超结构由金属图案和介电基体构成；
[0012]所述的图案化吸波材料与所述介电基超结构无缝隙契合，嵌入在金属图案下的介电基体中形成嵌套结构，然后与金属背板上下复合构成一个单元结构。
[0013]按上述方案，所述的金属图案是条类或环类图案；所述的条类是切线、十字、工字形或者它们的变体；所述的环类是开口环、方环、圆环或者它们的变体。
[0014]所述的图案化吸波材料厚度为2mm。
[0015]本发明结构主要由3种部分构成，由上到下依次为:金属图案、嵌套结构、金属背板。其中嵌套结构包括图案化介电基体、图案化吸波材料。
[0016]本发明有益效果在于:
[0017]通过超材料与吸波材料在同一薄层内相互嵌套的方式发展了一种新型的复合超材料形式，不但可以保持较薄的材料厚度，还能同时发挥两种材料的优势，实现多个频带的强吸收。
[0018]利用基于图案化介电基体上的金属图案可以在超薄状态下实现低频谐振吸收，利用图案化吸波材料可以在高频实现宽带吸波。
[0019]通过嵌入式结构设计，巧妙解决了现有的吸波材料在超薄状态下低频吸波性能差，同时最大程度的保留磁性吸波材料高频性能，同时为今后实现超薄兼顾低频超宽带吸波体、智能可调吸波、超薄超低频吸波设计提供全新的设计思路和方法。
【附图说明】
[0020]图1:环形嵌入复合超材料吸波体单元结构立体示意图；
[0021]图2:环形嵌入复合超材料吸波体单元结构俯视图及剖视图；
[0022]图3:环形嵌入复合超材料吸波体选用吸波材料电磁参数图；
[0023]图4:环形嵌入复合超材料吸波体拟合吸收性能图及实测吸收性能图；
[0024]图5:环形嵌入复合超材料吸波体单元的介电基超结构剖视图；
[0025]图6:环形嵌入复合超材料吸波体的介电基超结构拟合吸收性能图及实测吸收性能图；
[0026]图7:环形嵌入复合超材料吸波体单元的图案化吸波材料俯视图及剖视图；
[0027]图8:环形嵌入复合超材料吸波体的图案化吸波材料拟合吸收性能图及实测吸收性能图；
[0028]图9:环形、切线形、十字形嵌入复合超结构吸波体的图案化吸波材料电磁参数；
[0029]图10:圆环形嵌入复合超材料吸波体单元结构的俯视图及剖视图；
[0030]图11:圆环形嵌入复合超材料吸波体单元结构的拟合吸波性能图；
[0031]图12:切线形嵌入复合超材料吸波体单元结构的俯视图及剖视图；
[0032]图13:切线形嵌入复合超材料吸波体单元结构的拟合吸波性能图；
[0033]图14:十字形嵌入复合超材料吸波体单元结构的俯视图及剖视图；
[0034]图15:十字形嵌入复合超材料吸波体单元结构的拟合吸波性能图；
[0035]其中，1-金属图案；2_介电基体；3_金属背板；4_图案化吸波材料。
【具体实施方式】
[0036]以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0037]本发明嵌入式复合超材料吸波体，其组成为周期性单元结构；单元结构由介电基超结构、图案化吸波材料、金属背板构成；介电基超结构由金属图案和介电基体构成；图案化吸波材料与所述介电基超结构无缝隙契合，嵌入在金属图案下的介电基体中，并与金属背板上下复合构成一个单元结构。
[0038]金属图案主要是一些条类的金属图案，如切线、十字形、工字形以及一些类似图案的变体；金属图案还可以是一些环类的图案，如:开口环、方环、圆环等。实施例主要针对方环金属图案的嵌入式复合吸波体进行仿真设计与实测，同时介绍经典圆环、切线型、十字形的仿真设计结果。由于介电基体超结构其介质具有一定介电常数，这里主要以FR-4介质(介电参数为:er = 4.3(l-10.025))加以说明。
[0039]实施例1
[0040]方环形嵌入复合超材料吸波体单元(CMA)，其结构示意图如图1所示，由上到下依次为:金属图案1、嵌套结构、金属背板3，其中嵌套结构包括图案化介电基体3、图案化吸波材料4。图2为图1所示结构的俯视图及剖视图。该复合超结构上层为金属图案，其材料为铜，电导率为5.8X 107s/m，厚度为0.017mm，形状为方环，环的大小为18mm，线宽为0.2_。中间层由方方环形介电基体、图案化吸波材料构成，图案化吸波材料嵌入在方环形介电基中。图1中方环形介电基体材料为FR-4，其介电参数为4.3(l-10.025)，厚度为h = 2mm，方环的外轮廓边长为a = 18.2mm，内轮廓边长为b = 15.6mm ;图案化吸波材料为立方块，其厚度为2臟，边长为b = 15.6mm,吸波材料的电磁参数如图3所示。将方环形介电基超结构(SR)通过机械嵌入复合插入图案化