一种可控吸波超材料的制作方法

本实用新型涉及材料领域，具体来说，涉及一种可控吸波超材料。
背景技术：
：超材料是一种特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料不具备的超常物理性质。通过设计超材料的基础材料组成、周期单元形状和排列方式，能够根据需要获得相应的谐振特性。此外，超材料还通过阻抗匹配和衰减特性实现对雷达波的吸收，其与外界环境的阻抗匹配可以使入射电磁波在超材料表面的反射最小而尽可能多地进入超材料内部，同时通过高效衰减特性使进入超材料中的电磁波快速衰减。此外，利用吸波超材料可以有效地消除目标的雷达散射截面(RCS)，目前获得应用的吸波材料均为无源的，学术界已经有一些学者开展了有源可控吸波材料的研究，例如，现有技术公开的方案是通过利用半圆形和三角形组合式微结构在微波段产生一个吸收峰，通过在半圆形和三角形之间嵌入可变电容实现吸收峰位置的电调控。但是，该现有的方案是的微波吸收特性只对一个极化有效，对另一个极化没有可调吸波的效果。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。技术实现要素：针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种可控吸波超材料，其通过在超材料结构中引入电阻和变容二极管，通过合理设计导电几何单元以及导电几何单元中的导电几何结构之间的连线方式，从而通过外加电压的改变来改变超材料的吸收频段，实现吸波频段的主动调节。本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可控吸波超材料，该可控吸波超材料包括：基板；超材料单元阵列层，超材料单元阵列层设置在基板上，超材料单元阵列层包括多个周期排列的导电几何单元，其中，每个导电几何单元包括：第一镂空结构、第二镂空结构及导电几何结构；其中，第一镂空结构的四个顶点分别延伸有第二镂空结构，并且每两个相邻的第二镂空结构之间设置有导电几何结构；以及每个第二镂空结构包括有朝向导电几何单元的中心的第一端和背向导电几何单元的中心的第二端，第二镂空结构的第一端处设有与两边的导电几何结构连接的变容二极管，第二镂空结构的第二端处设有彼此间隔设置的固定电容和固定电阻，以及固定电容与一边的导电几何结构连接，以及固定电阻与另一边的导电几何结构连接。根据本实用新型的一个实施例，在固定电容和固定电阻之间设置有金属材料，且金属材料分别与固定电容和固定电阻相接触。根据本实用新型的一个实施例，固定电容和固定电阻通过金属材料串联设置，并且变容二极管与串联后的固定电容和固定电阻并联设置。根据本实用新型的一个实施例，导电几何结构的形状为沿着正八边形的中轴线分割后的正八边形的一半。根据本实用新型的一个实施例，相对的两个导电几何结构关于穿过导电几何单元的中心的中轴线对称。根据本实用新型的一个实施例，第一镂空结构包括：两条金属线，每条金属线的两端分别与相对设置的导电几何结构接触，并且一条金属线在基板内设有弯曲部，另外一条金属线设置在弯曲部的上方，从而两条金属线不接触。根据本实用新型的一个实施例，两条金属线的投影为十字结构。根据本实用新型的一个实施例，第二镂空结构的一侧连通第一镂空结构，第二镂空结构的另一侧连通第三镂空结构。根据本实用新型的一个实施例，基板包括：反射层；蜂窝结构层，蜂窝结构层设置在反射层上方。根据本实用新型的一个实施例，还包括：透波保护层，透波保护层设置在超材料单元阵列层上。本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型通过在超材料结构中引入电阻和变容二极管，通过合理设计导电几何单元以及导电几何单元中的导电几何结构之间的连线方式，从而通过外加电压的改变来改变超材料的吸收频段，实现吸波频段的主动调节，而且本实用新型的可控吸波超的功耗极低，几乎可以忽略不计，很好地解决了电可控吸波材料的功耗缺陷。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本实用新型实施例的可控吸波超材料的截面的示意图；图2是根据本实用新型实施例的导电几何单元的结构示意图；图3是根据本实用新型实施例的电压加载后的超材料单元阵列层的示意图；图4是根据本实用新型实施例的不同的电容所对应的可控吸波超材料的吸波效果示意图；图5是根据本实用新型实施例的可控吸波超材料对两个极化波的吸波效果示意图。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。请参阅图1和图2，本实用新型提供一种可控吸波超材料，该可控吸波超材料包括：基板；超材料单元阵列层(2)，超材料单元阵列层(2)设置在基板上，超材料单元阵列层(2)包括多个周期排列的导电几何单元，其中，每个导电几何单元包括：第一镂空结构(27)、第二镂空结构(28)及导电几何结构(21)；其中，第一镂空结构(27)的四个顶点分别延伸有第二镂空结构(28)，并且每两个相邻的第二镂空结构(28)之间设置有导电几何结构(21)；以及每个第二镂空结构(28)包括有朝向导电几何单元的中心的第一端和背向导电几何单元的中心的第二端，第二镂空结构(28)的第一端处设有与两边的导电几何结构(21)连接的变容二极管(24)，第二镂空结构(28)的第二端处设有彼此间隔设置的固定电容(23)和固定电阻(22)，以及固定电容(23)与一边的导电几何结构(21)连接，以及固定电阻(22)与另一边的导电几何结构(21)连接。借助于上述技术方案，通过在超材料结构中引入电阻和变容二极管，通过合理设计导电几何单元以及导电几何单元中的导电几何结构之间的连线方式，从而通过外加电压的改变来改变超材料的吸收频段，实现吸波频段的主动调节，而且本实用新型的可控吸波超的功耗极低，几乎可以忽略不计，很好地解决了电可控吸波材料的功耗缺陷。为了更好的描述本实用新型的技术方案，下面通过具体的实施例进行详细的描述。继续参见图1，该可控吸波超材料可分为4层，沿着电磁波的入射方向，该可控吸波超材料从上到下依次为透波保护层(1)、超材料单元阵列层(2)、蜂窝结构层(3)、反射层(4)，其中，该蜂窝结构层(3)和反射层(4)组成了基板。此外，透波保护层(1)的厚度为d1，超材料单元阵列层(2)的厚度为d2、蜂窝结构层(3)的厚度为d3，反射层(4)的厚度为d4，同时，本领域的技术人员可根据实际需求对透波保护层(1)的厚度d1、超材料单元阵列层(2)的厚度d2、蜂窝结构层(3)的厚度d3，反射层(4)的厚度d4进行设置，例如，根据本实用新型的一个实施例，透波保护层(1)的厚度为0.8mm、超材料单元阵列层(2)的厚度d2为0.04mm、蜂窝结构层(3)的厚度d3为7mm，反射层(4)的厚度d4为0.1mm，本实用新型对此不作限定。另外，虽然图1示出了该基板是由蜂窝结构层(3)和反射层(4)组成，其也可以根据实际需求进行设置，例如，根据本实用新型的一个实施例，可将蜂窝结构层(3)可以替换为PMI(polymethacrylimide，聚甲基丙烯酰亚胺)层或者PVC(Polyvinylchloride，聚氯乙烯)层，本实用新型对此不做限定。同时，该反射层(4)的材料也可根据实际需求进行选择，根据本实用新型的另一个实施例，该反射层(4)的材料可选用碳纤维或者金属膜，本实用新型对此不做限定。另外，如图3所示，该超材料单元阵列层(2)是由多个如图2所示的导电几何单元周期排列组成，该导电几何单元的形状可根据实际需求进行设置，例如，根据本实用新型的一个实施例，该导电几何单元的形状为正方形，本实用新型对此不作限定。为了便于描述，下面以图2中的导电几何单元为正方形为例进行说明。此外，继续参见图2，该导电几何单元包括：第一镂空结构(27)，在第一镂空结构(27)的四个顶点分别延伸有第二镂空结构(28)，从而该导电几何单元上包括四个第二镂空结构(28)，并且该四个第二镂空结构(28)分别设置在第一镂空结构(27)的周围。同时，在每两个第二镂空结构(28)之间还设置有导电几何结构(21)，该导电几何结构(21)的形状为沿着正八边形的中轴线分割正八边形后的一半，并且相对的两个导电几何结构(21)关于穿过导电几何单元的中心的中轴线对称，但是，本领域的技术人员应当理解，在超材料单元阵列中该导电几何结构(21)的形状实际就是正八边形，这里只是为了描述导电几何单元的方便，将每一个正八边形沿中心分割开来，分成两个1/2八边形，分属相邻的2个单元。同时，每个第二镂空结构(28)除了与导电几何结构(21)接触的两个面之外，其还有朝向该导电几何单元中心的第一端和背向该导电几何单元中心的第二端，其中，在每个第二镂空结构(28)的第一端设有一个与两边的导电几何结构(21)连接的变容二极管(24)，以及在每个第二镂空结构(28)的第二端设有彼此间隔设置的固定电阻(22)和固定电容(23)，以及固定电容(23)与一边的导电几何结构(21)连接，以及在固定电阻(22)和固定电容(23)之间还设置有金属材料(30)，且该金属材料(30)分别与固定电阻(22)和固定电容(23)相接触，从而该固定电阻(22)和固定电容(23)通过该金属材料(30)串联设置，变容二极管(24)和串联后的固定电阻(22)和固定电容(23)并联设置，进而让电路不导通，从而在实际应用中吸波体的功耗几乎可以忽略不计，很好地解决了可控吸波超材料的功耗缺陷。此外，继续参见图2，第一镂空结构(27)还包括：金属线(25)和金属线(26)，每条金属线的两端分别与相对设置的导电几何结构(21)接触，同时，为了避免横向和纵向两个方向的金属连线相交，可将金属线(25)贯穿基板，并在基板的背面弯曲一下，从而该金属线(25)设有弯曲部，同时，金属线(26)设置在弯曲部的上方，从而在空间上做错位处理，保证了金属线(25)和金属线(26)不接触，同时，金属线(25)和金属线(26)的投影为十字结构。此外，如图2所示，该导电几何单元中的空白部分为镂空的，这里为了描述方便，进一步限定了第三镂空结构(29)，该第三镂空结构(29)与第二镂空结构(28)的一侧连通，同时该第二镂空结构(28)的另一侧连通第一镂空结构(27)，从而通过第三镂空结构的存在，可将该导电几何单元看做为一个正方形，此外，本领域人员当然可以将第二镂空结构(28)和第三镂空结构(29)看作一个第二镂空结构(28)。此外，当然可以理解，该导电几何单元的材料可根据实际需求进行选择，例如，根据本实用新型的一个实施例，该人造导电几何结构(21)的材料为金、银、铜，本实用新型对此不作限定。从而通过上述的布置，该导电几何单元包括：4个导电几何结构(21)，4个固定电阻(22)，4个固定电容(23)，4个变容二极管(24)，横向金属连线(25)和纵向金属连线(26)，该固定电阻(22)、固定电容(23)、变容二极管(24)加载在两个相邻的导电几何结构(21)之间，其中固定电阻(22)和固定电容(23)串联加载，然后和变容二极管(24)并联加载。此外，继续参见图2，该导电几何单元的边长为a，导电几何结构(21)的相对两边的距离为b，第二镂空结构(28)的边长为s，第二镂空结构(28)的宽度为g，金属线(25)或金属线26的宽度均为w，固定电阻(22)的阻值为Res0，固定电容(23)的电容值为C0，变容二极管(24)的电容值为Cap。此外，当然可以理解，导电几何单元中的各个参数值可根据实际需求进行设置。例如，根据本实用新型的一个实施例，该导电几何单元的边长a为30mm，导电几何结构(21)的相对两边的距离为18.2mm，第二镂空结构(28)的边长为7.5mm，第二镂空结构(28)的宽度为3mm，金属线(25)或金属线26的宽度均为1mm，固定电阻(22)的阻值为500Ω，固定电容(23)的电容值为1pF，变容二极管(24)的电容值为1pF～16pF。另外，继续参见图3，由多个导电几何单元周期排列构成的超材料单元阵列，其通过在该超材料单元阵列的相邻两侧加载电压，可以通过改变外加电压实现吸收频段的主动调节，而且吸波体的功耗极低，几乎可以忽略不计。为了更好的说明本实用新型的可控吸波超材料的技术效果，下面通过具体的实施例进行说明。参数取值d10.8mmd20.04mmd37mmd40.1mma30mmb18.2mms7.5mmg3mmw1mmRes0500ΩC01pFCap1～16pF表1首先，可控吸波超材料的结构尺寸、电阻和电容的值如上表1所示，加载在该超材料单元阵列层(2)的外加电压从1V变化到28V，变容二极管(24)对应的电容约从16pF变化到1pF，可控吸波超材料在不同电容下对应的的吸收峰如图4所示。从图4中可以看到，电容从16pF变化到1pF，对应的吸收峰从0.46GHz增大到1.72GHz，吸收峰的位置变化了3.74倍，横跨P～L波段。此外，本领域的人员应当理解，其只是一个实施例，在改变结构尺寸、选择不同电容变化范围的变容二极管(24)，可以将吸收峰的在P～Ku频段范围内调节，涵盖目前应用的大部分探测雷达工作波段。其次，图5为导电几何单元对TE波(水平极化波)和TM波(垂直极化波)极化对应的吸波效果，对应的变容二极管(24)的电容为1pF。从图5中可以看到，两个极化下的反射率曲线几乎重合，说明本实用新型的低功耗可控吸波超材料是极化不敏感的。此外，在本实施例中，可控吸波超材料的总厚度为7.94mm，0.46GHz吸收峰对应的波长为652mm，从而该超材料的厚度仅为波长的1/82，远远小于传统的1/4波长吸波结构，进而表现出了极佳的超薄特性，实际使用中可以极大地降低材料的消耗和重量。综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过合理设计导电几何单元以及导电几何单元中的导电几何结构之间的连线方式，可以实现以下的有益效果：通过改变外加电压改变超材料的吸收频段，实现吸波频段的主动调节；该可控吸波超材料可调吸波特性对两个极化的效果相同；该可控吸波超材料具有优异的超薄吸波特性；该可控吸波超材料的功耗极低，几乎可以忽略不计，很好地解决了电可控吸波材料的功耗缺陷。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3