基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体的制作方法
【专利摘要】基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，涉及微波天线工程【技术领域】。它是为了解决传统超材料吸波体工作带宽窄，并且对入射电场波极化方向敏感的问题。本发明实现了宽带和极化不敏感的特性，并且通过改变渐变结构中谐振单元的尺寸，可以方便地改变吸波体的工作频带。本发明所用的材料仅有普通的FR4介质板和金属铜，成本低廉，利用普通的PCB印刷技术便能够进行加工，完全适合大批量低成本生产。本发明适用于微波天线工程【技术领域】。
【专利说明】基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于微波天线工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]吸收体，又称吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。传统的吸波体，诸如尖劈形材料、磁性吸收剂和Salisbury吸收屏等存在密度大，使用温度低或厚度较大等缺陷。
[0003]超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。以左手材料，光子晶体，频率选择表面(FSS)为代表的超材料，在光学成像，小型化天线，电磁波隐形等领域有广泛的应用前景。而超材料吸波体由于其“薄、轻、强、带宽可调”等优势更是成为了当今吸波体研究的热点内容。
[0004]2008年Landy等人研制出一种超材料吸收体,对于入射到其表面的电磁波既不反射也不透射，达到电磁波完全吸收的科学标准。但Landy提出的超材料吸波体存在以下两个方面的问题:1)要求入射电磁波的电场的方向与谐振器铜线方向保持平行，以激励磁谐振。当电场方向与铜线垂直时，几乎不具有吸波性，即对入射电磁波极化方向敏感；2)仅能在极窄的频带上实现对入射电磁波的完美吸收。因此其应用价值受到了极大的限制。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决传统超材料吸波体工作带宽窄，并且对入射电场波极化方向敏感的问题，进而提供了基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体。
[0006]基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，该吸波体为周期性结构，一个吸波体单元包括:该吸波体为周期性结构，一个吸波体单元包括:16个渐变谐振单元、介质板3和铜箔4 ；
[0007]一个渐变谐振单元包括开口谐振环I和矩形金属片2 ;每个渐变谐振单元均与水平方向成45°角；
[0008]所述开口谐振环I均为矩形环，开口谐振环I上的开口位于其中一个边的中间位置；
[0009]矩形金属片2位于开口谐振环I的环内，矩形金属片2的四个边分别与开口谐振环I的四个边等距且平行；
[0010]16个渐变谐振单元以4乘4矩阵的结构固定在介质板3的一面，铜箔4覆盖在介质板3的另一面。
[0011]本发明提出了一种基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体；在
11.96GHZ-30.93GHz的频率范围内，吸波体对水平极化波(TE波)和垂直极化波(TM波)的吸收率均达到60%以上，工作带宽达到18.97GHz，相对带宽为88.46%。同时实现了宽带和极化不敏感的特性。另外，通过改变渐变结构中谐振单元的尺寸，可以方便地改变吸波体的工作频带。本发明所用的材料仅有普通的FR4介质板和金属铜，成本低廉，利用普通的PCB印刷技术便能够进行加工，完全适合大批量低成本生产。本发明能够广泛应用到隐身技术、雷达及现代通信系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的整体结构示意图；
[0013]图2为一个渐变谐振单元的俯视图；
[0014]图3为图2的侧视图；
[0015]图4为入射TE波时，S参数曲线图，其中实线表示第一 S参数曲线，虚线表示第二S参数曲线；
[0016]图5为入射TM波时，S参数曲线图，其中实线表示第一 S参数曲线，虚线表示第二S参数曲线；
[0017]图6为入射TE波时，吸波体吸收率曲线图；
[0018]图7为入射TM波时，吸波体吸收率曲线图；
[0019]图8为16.13GHz时，吸波体表面电流分布图；
[0020]图9为19.43GHz时，吸波体表面电流分布图；
[0021]图10为29.58GHz时，吸波体表面电流分布图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，该吸波体为周期性结构，一个吸波体单元包括:16个渐变谐振单元、介质板3和铜箔4 ；
[0023]一个渐变谐振单元包括开口谐振环I和矩形金属片2 ;每个渐变谐振单元均与水平方向成45°角；
[0024]所述开口谐振环I均为矩形环，开口谐振环I上的开口位于其中一个边的中间位置；
[0025]矩形金属片2位于开口谐振环I的环内，矩形金属片2的四个边分别与开口谐振环I的四个边等距且平行；
[0026]16个渐变谐振单元以4乘4矩阵的结构固定在介质板3的一面，铜箔4覆盖在介质板3的另一面。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体作进一步限定，本实施方式中，所述矩形金属片2为铜片。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式对【具体实施方式】二所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体作进一步限定，本实施方式中，所述矩形金属片2厚度为0.03mmo
[0029]【具体实施方式】四:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体作进一步限定，本实施方式中，所述介质板3为FR4介质板，介电常数为4.3，损耗角的正切值为0.025。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体作进一步限定，本实施方式中，所述介质板3的长为30.2mm,宽为 30.2mm,高为 1.6mm。
[0031]【具体实施方式】六:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体作进一步限定，本实施方式中，所述铜箔4的厚度为0.03mm。
[0032]将本吸波体构型按一定比例增大(或减小)后，可以实现在相对带宽不变的情况下，工作带宽的向低频(或者高频)移动，中心频率的计算公式满足:
[0033]f=f0/α
[0034]其中α为增大时的比例因子(如α =2即表示构型整体扩大为原来的2倍)。
[0035]另外，谐振单元为矩形，则在矩形长宽比满足大于0.8且小于1.25的情况下，实现一定的宽带特性和极化不敏感特性。其他参数不变，当顶层单个SRR环开口宽度在
【权利要求】
1.基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:该吸波体为周期性结构，一个吸波体单元包括:16个渐变谐振单元、介质板(3)和铜箔(4)； 一个渐变谐振单元包括开口谐振环(I)和矩形金属片(2 );每个渐变谐振单元均与水平方向成45°角； 所述开口谐振环(I)均为矩形环，开口谐振环(I)上的开口位于其中一个边的中间位置； 矩形金属片(2 )位于开口谐振环(I)的环内，矩形金属片(2 )的四个边分别与开口谐振环(I)的四个边等距且平行； 16个渐变谐振单元以4乘4矩阵的结构固定在介质板(3)的一面，铜箔(4)覆盖在介质板(3)的另一面。
2.根据权利要求1所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:所述矩形金属片(2)为铜片。
3.根据权利要求2所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:所述矩形金属片(2)厚度为0.03mm。
4.根据权利要求1所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:所述介质板(3)为FR4介质板，介电常数为4.3，损耗角的正切值为0.025。
5.根据权利要求1所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:所述介质板(3)的长为30.2mm,宽为30.2mm,高为1.6mm。
6.根据权利要求1所述的基于表面渐变结构的宽带极化不敏感的超材料吸波体，其特征在于:所述铜箔(4)的厚度为0.03mm。
【文档编号】H01Q15/00GK103633446SQ201310682196
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】杨国辉, 刘晓昕, 张狂, 吕玥珑, 吴群, 孟繁义, 傅佳辉 申请人:哈尔滨工业大学