專利名稱：利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁波吸波材料，特別是涉及一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的超匹配吸波材料。
背景技術(shù)：
微波吸收材料，簡(jiǎn)稱吸波材料，是一種能有效吸收入射雷達(dá)波，并使其散射大 幅度衰減的功能符合材料。新一代吸波材料要求衰減能力強(qiáng)、吸收頻帶寬、質(zhì)輕、紅外 和微波吸收兼容以及綜合力學(xué)性能優(yōu)良，其中吸波材料的主用應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)檐娛潞兔裼妙I(lǐng) 域。軍事隱身領(lǐng)域是吸波材料最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著軍事高新技術(shù)的飛速發(fā)展， 世界各國(guó)的防御體系的探測(cè)跟蹤、攻擊能力越來(lái)越強(qiáng)。陸、海、空各兵種地面軍事目 標(biāo)的生存能力以及武器系統(tǒng)的突防能力日益受到嚴(yán)重威脅，為此，必將大力發(fā)展隱身技 術(shù)。隱身技術(shù)分為外隱形和材料隱身兩個(gè)方面，其中材料隱形就是指在軍事目標(biāo)上大量 使用吸波材料來(lái)衰減入射雷達(dá)波，減小雷達(dá)散射截面，也就是雷達(dá)隱身技術(shù)。雷達(dá)隱身 技術(shù)是現(xiàn)代電子戰(zhàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其中雷達(dá)隱身材料是應(yīng)用最廣泛的一種方法。雷達(dá) 吸波材料(RadarAbsorbingMaterial)能有效吸收入射電磁波，并將其能量轉(zhuǎn)化成熱量而損 耗掉，可以減小電磁波反射能量，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飛行器隱身及電子設(shè)備抗干擾。這必 將促進(jìn)吸波材料的應(yīng)用和發(fā)展。目前，吸波材料已廣泛應(yīng)用在飛機(jī)隱身艦船隱身、飛行 導(dǎo)彈隱身以及坦克隱身等領(lǐng)域。民用領(lǐng)域也逐步成為吸波材料新的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包絡(luò)微波暗室材料的應(yīng)用， 電磁防護(hù)材料、建筑吸波材料。從工程應(yīng)用角度來(lái)看，吸波材料應(yīng)具有厚度薄、重量輕、吸收頻帶寬、易于施 工和價(jià)格便宜等特點(diǎn)，所以實(shí)現(xiàn)超薄吸波材料一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究目標(biāo)。為了獲得 性能優(yōu)異的吸波材料，世界各國(guó)都在致力于開(kāi)發(fā)新型吸波機(jī)制的吸波材料。國(guó)外學(xué)者提 出采用光子晶體實(shí)現(xiàn)超薄吸波結(jié)構(gòu)，N. Engheta首次提出用metamaterial來(lái)獲得超薄吸 收材料的思想.J，D. J. Kem等人用含損耗的頻率選擇表面(HZFSS)實(shí)現(xiàn)了超薄寬帶 吸收材料，但設(shè)計(jì)方法較為復(fù)雜，很難在實(shí)際中得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材 料，利用電磁波在片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)的諧振效應(yīng)，通過(guò)焊接電阻的方式引入損 耗，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)的尺寸，使得諧振時(shí)里面的電磁能量被電阻 消耗同時(shí)保證片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)的等效相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率保持相等，這 樣就實(shí)現(xiàn)了超高吸波性能得同時(shí)保持與空氣的超匹配。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)由三層材料組成，底層為金屬銅片，中間層為FR4印刷電路板，頂層為多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板上， 每個(gè)十字形金屬銅片的四個(gè)開(kāi)口端分別用電阻連接開(kāi)槽縫隙。所述的FR4印刷電路板的厚度為3mm。所述的多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板 上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片的厚度為0.035mm，長(zhǎng) 度為29mm，寬度為2mm，開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片中間垂直開(kāi)兩條縫隙槽，縫隙寬度 均為Imm0本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，厚度薄，質(zhì)量輕只加一層簡(jiǎn)單的開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片， 其余均為常見(jiàn)材料。2)本發(fā)明吸波能量強(qiáng)，匹配性能好經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該吸波材料在工作頻帶內(nèi) 最高的吸收率為36dB，而且與空氣完全匹配。3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)多變，針對(duì)不同的隱身對(duì)象設(shè)計(jì)不同的形狀和大小以完全覆蓋隱 身物體。本發(fā)明可廣泛用于飛機(jī)隱身、艦艇隱身、雷達(dá)隱身以及坦克隱身等各種軍事領(lǐng) 域以及電磁屏蔽，電磁防護(hù)等民用領(lǐng)域。


圖1是片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是整體吸波材料示意圖。圖中1.金屬銅片，2.FR4印刷電路板，3.開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片，4.電阻。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)例施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)由三層材料組成，底層為 金屬銅片1，中間層為FR4印刷電路板2，頂層為多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片3等間隔 排列在中間層為FR4印刷電路板2上，每個(gè)十字形金屬銅片3的四個(gè)開(kāi)口端分別用電阻4 連接開(kāi)槽縫隙。入射到該結(jié)構(gòu)上的電磁波，在里面產(chǎn)生磁諧振和電諧振，當(dāng)調(diào)節(jié)開(kāi)槽片 狀十字形金屬銅片3的尺寸時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在某個(gè)頻率時(shí)候該金屬單元的等效相對(duì)介電常 數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率相等，同時(shí)又有較大的虛部。這樣就實(shí)現(xiàn)了超匹配吸波。電阻4的阻值 為4.9k歐姆，連接開(kāi)槽縫隙，作用為引入電阻可以將諧振時(shí)流過(guò)電阻的能量轉(zhuǎn)化為熱能 損耗。所述的FR4印刷電路板2的厚度為3mm，相對(duì)介電常數(shù)為4.6，損耗正切為 0.02.，相對(duì)磁導(dǎo)率為1。主要作用為支撐開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片。所述的多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片3等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板2 上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片3的厚度為0.035mm， 長(zhǎng)度為29mm，寬度為2mm，開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片3中間垂直開(kāi)兩條縫隙槽，縫隙寬 度均為1mm。本發(fā)明的工作原理是該片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)在電磁波垂直入射到上面時(shí)，上面的開(kāi)槽片狀 十字形金屬銅片與底層的金屬銅一起作用會(huì)產(chǎn)生電諧振和磁諧振，使得該金屬單 元結(jié)構(gòu)可以等效為均勻介質(zhì)。其等效的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率可以表示為
權(quán)利要求
1.一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材料，其特征在于片狀十 字形金屬單元結(jié)構(gòu)由三層材料組成，底層為金屬銅片(1)，中間層為FR4印刷電路板(2)，頂層為多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片(3)等間隔排列在中間層為FR4印刷電路 板(2)上，每個(gè)十字形金屬銅片(3)的四個(gè)開(kāi)口端分別用電阻(4)連接開(kāi)槽縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材 料，其特征在于所述的FR4印刷電路板(2)的厚度為3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材 料，其特征在于所述的多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片(3)等間隔排列在中間層為 FR4印刷電路板(2)上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片(3)的厚度為0.035mm，長(zhǎng)度為29mm，寬度為2mm，開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片(3) 中間垂直開(kāi)兩條縫隙槽，縫隙寬度均為1mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超匹配吸波材料。該片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)由三層材料組成，底層為金屬銅片，中間層為FR4印刷電路板，頂層為多個(gè)開(kāi)槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板上，每個(gè)十字形金屬銅片的四個(gè)開(kāi)口端分別用電阻連接開(kāi)槽縫隙。通過(guò)調(diào)整焊接電阻阻值的大小，使得片狀十字形金屬單元結(jié)構(gòu)在特定工作頻率內(nèi)諧振，讓吸收到的能量在電阻上消耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與空氣的完全匹配。該吸波材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄、質(zhì)量輕、吸波效率高、與空氣中超匹配，本發(fā)明可廣泛用于飛機(jī)隱身、艦艇隱身、雷達(dá)隱身以及坦克隱身等各種軍事領(lǐng)域以及電磁屏蔽，電磁防護(hù)等民用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H05K9/00GK102026531SQ201010599688
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者冉立新, 葉德信, 皇甫江濤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)