基于周期性磁性材料的超宽带吸波器制造技术

本发明专利技术公开一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，应用于电磁场与微波技术领域，针对现有的吸波器存在的工作频段还不够宽以及吸波器的厚度较厚的问题，本发明专利技术的吸波器由若干吸波器单元周期性排列构成，吸波器单元从上至下依次为：第一层磁性材料、第二层磁性材料以及金属反射板；在所述第一层磁性材料的中心位置挖孔，在第二层磁性材料的中心位置挖孔，在第一层磁性材料的四个角各挖去四分之一孔，且第一层磁性材料、第二层磁性材料的孔结构相同尺寸不同；本发明专利技术基于周期性磁性材料的超宽带吸波器可以实现电磁波宽频段的吸波，且结构紧凑简单、易于加工与装配、相对厚度薄。

Ultra Wideband Absorber Based on Periodic Magnetic Materials

【技术实现步骤摘要】
基于周期性磁性材料的超宽带吸波器
本专利技术属于电磁场与微波
，特别涉及一种基于周期性磁性材料的宽带吸波器技术。
技术介绍
电磁吸波材料一种能够实现入射电磁波的吸波，降低电磁波的反射。目前吸波材料主要通过电损耗、磁损耗等方式吸收电磁波。磁性吸波材料主要磁滞损耗吸波电磁波，但是该类磁性材料存在吸波带宽较窄等方面的不足。基于超材料结构的新型吸波结构，具有较薄的结构特点，但是同样存在工作带宽窄等问题。设计吸波工作带宽宽、易于加工与装配的吸波器在军事民用等领域具有重要意义。但是现阶段大部分电磁吸波器的工作频段还不够宽以及吸波器的厚度较厚，如专利CN102732210运用单层周期性方形磁性材料，实验获得了较宽的吸波工作带宽，但是存在需要加工若干个分立的方形块磁性材料单元，从而导致吸波器的加工与装配过程复杂，而且装配误差一定程度上也会影响吸波器的吸波效率，该不太适合于大规模的生产加工。专利CN107645064采用在磁性结构中加载FSS金属结构，通过采用较高介电常数与磁导率型磁性材料，选择合适尺寸的FSS结构，实验得到了吸波率高于90％的工作带宽为1.13-4.8GHz，同样在高频部分时吸波器存在吸波效率值不高的问题，总体上该吸波器的工作频段还是较窄、不够宽。专利CN108493623运用铁氧体结构与FSS结构组成复合型吸波器，该吸波器具有较宽的吸波工作带宽，但是该吸波器的厚度为25mm，其厚度为最低工作频率的1/24，该吸波器存在厚度较厚的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，采用两层具有周期性孔且介电常数与磁导率不同的磁性材料，不仅能降低吸波器的厚度，并且在同等吸波器厚度的前提下实现较宽的吸波带宽。本专利技术采用的技术方案为：一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，由若干吸波器单元周期性排列构成，所述吸波器单元从上至下依次为：第一层磁性材料、第二层磁性材料以及金属反射板；在所述第一层磁性材料的中心位置挖去第一结构尺寸的孔，在第二层磁性材料的中心位置挖去第二结构尺寸的孔，在第一层磁性材料的四个角各挖去第三结构尺寸的孔沿中心线正交等分的四分之一结构，且第一结构尺寸的孔与第二结构尺寸的孔结构相同尺寸不同；所述第一层磁性材料及第二层磁性材料的中心位置相同，挖去孔后的第一层磁性材料与第二层磁性材料均为关于穿过中心位置的垂直线的对称结构；第一结构尺寸的孔的尺寸大于第二结构尺寸的孔的尺寸，第二结构尺寸的孔的尺寸大于第三结构尺寸的孔的尺寸。进一步地，所述第一层磁性材料为匹配层，第一层磁性材料在整个1-18GHz工作频段范围内，其介电常数为16左右，磁导率从2.5下降到0.5。进一步地，第二层磁性材料为吸波层，第二层磁性材料在整个1-18GHz工作频段范围内，其介电常数从42下降到20左右，磁导率从7下降到0.5左右。进一步地，所述吸波器单元呈正方形。进一步地，第一层磁性材料厚度范围为2mm-3mm。进一步地，第一层磁性材料厚度范围为2.39mm。进一步地，第二层磁性材料厚度范围为3mm-5mm。进一步地，第二层磁性材料厚度范围为4.45mm。进一步地，所述金属反射板厚度为2mm。进一步地，第一结构尺寸的孔为半径为5.7mm的圆柱形孔，第二结构尺寸的孔为半径为5mm的圆柱形孔，第三结构尺寸的孔为半径为2mm的圆柱形孔。本专利技术的有益效果：本专利技术通过采用两层具有周期性孔且介电常数与磁导率不同的磁性材料构成的吸波器，能实现对电磁波宽入射角度范围内较稳定的吸收性能；与现有技术相比，本专利技术的吸波器具有以下优点：1、同等吸波器厚度条件下具有较宽的吸波带宽。2、对入射电磁波的极化方式不敏感以及宽入射角度；3、与传统磁性吸波材料相比较，具有较低的密度、较轻的重量；4、通过优化调整吸波器结构的结构与单元尺寸，同样适用于其它三层以及多层结构场合。附图说明图1为本专利技术实施例中吸波器的整体结构图；图2为本专利技术实施例中吸波器的结构单元图；其中，图2(a)为三视图，图2(b)为侧视图，图2(c)为正视图；图3为本专利技术实施例中第一层磁性材料与第二层磁性材料的电磁参数曲线图；其中，图3(a)为第一层磁性材料的电磁参数曲线，图3(b)为第二层磁性材料的电磁参数曲线；图4为本专利技术实施例中参考磁性吸波材料的吸波率随频率变化曲线图；图5为本专利技术实施例中吸波器的吸波率随频率变化曲线图；图6为本专利技术实施例中入射波为TM波不同入射角度时吸波器的吸波率随频率变化曲线图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。根据传输线等效理论，磁性材料在工作谐振频点处具有较好的吸波率。在磁性材料中间挖去一定结构尺寸大小的孔(如立方体孔、圆柱形孔、多边形孔等)，通过等效分析，此时磁性材料的等效介电常数与等效磁性率会随着孔的增大而减低，然而磁性材料的吸波谐振频率与磁性材料的厚度、等效介电常数、等效磁导率之间存在反比关系，吸波谐振频率随着的磁性材料厚度、等效介电常数、等效磁导率的增加而降低；同时磁性材料的吸波谐振频率与1/4导波波长的奇数倍呈正向关系，即吸波谐振频率发生在1/4导波波长所对应的谐振频率、3/4导波波长所对应的谐振频率以及5/4导波波长所对应的谐振频率等等；这样可以通过调整并优化吸波器的尺寸(孔的直径、磁性材料边长等)，在工作频段范围内使得磁性材料结构单元呈现多个吸波谐振频点，进而带孔型磁性材料的吸波器具有较宽吸波工作带宽。本实施例中采用圆柱形孔对本专利技术的内容进行说明：如图1所示为本专利技术的一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器的整体结构图，所述超宽带吸波器由若干图2所示的吸波器单元周期性排列构成，如图2(a)所述吸波器单元从上至下依次为：第一层磁性材料4、第二层磁性材料5以及金属反射板6；在所述第一层磁性材料4的中心位置挖去第一结构尺寸的孔，在第二层磁性材料5的中心位置挖去第二结构尺寸的孔，在第一层磁性材料4的四个角各挖去第三结构尺寸的孔沿中心线正交等分的四分之一结构的孔，且第一结构尺寸的孔与第二结构尺寸的孔结构相同尺寸不同；所述第一层磁性材料4及第二层磁性材料5的中心位置相同，挖去孔后的第一层磁性材料4与第二层磁性材料5均为关于穿过中心位置的垂直线的对称结构。如图2(b)所示，h1表示第一层磁性材料厚度，h2表示第二层磁性材料厚度，h3表示金属反射板厚度。如图2(c)所示，Pcell表示第一层磁性材料的边长，Rup表示第一结构尺寸的孔的半径，Rcorner表示第三结构尺寸的孔的半径，Rdown表示第二结构尺寸的孔的半径。本专利技术的基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，第一层磁性材料采用介电常数与磁导率相对较低的磁性材料，第二层磁性材料采用介电常数与磁导率相对较高的磁性材料，其磁性材料的电磁参数如图3所示。在整个工作频段1GHz-18GHz范围内，第一层磁性材料的介电常数在16附近，磁导率从2.5下降到0.5附近；第二层磁性材料的介电常数从42下降到20，磁导率从7下降到0.5附近。其中第一层磁性材料与第二层磁性材料中的孔均采用激光切割的方式加工，该加工方式具有加工精度较高等特点以及易于大规模的加工生产等方面的优势。本专利技术的设计，根据工作频段范围要求，确认吸波器的结构单元尺寸以及磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，其特征在于，由若干吸波器单元周期性排列构成，所述吸波器单元从上至下依次为：第一层磁性材料、第二层磁性材料以及金属反射板；在所述第一层磁性材料的中心位置挖去第一结构尺寸的孔，在第二层磁性材料的中心位置挖去第二结构尺寸的孔，在第一层磁性材料的四个角各挖去第三结构尺寸的孔沿中心线正交等分的四分之一结构，且第一结构尺寸的孔与第二结构尺寸的孔结构相同尺寸不同；所述第一层磁性材料及第二层磁性材料的中心位置相同，挖去孔后的第一层磁性材料与第二层磁性材料均为关于穿过中心位置的垂直线的对称结构；第一结构尺寸的孔的尺寸大于第二结构尺寸的孔的尺寸，第二结构尺寸的孔的尺寸大于第三结构尺寸的孔的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，其特征在于，由若干吸波器单元周期性排列构成，所述吸波器单元从上至下依次为：第一层磁性材料、第二层磁性材料以及金属反射板；在所述第一层磁性材料的中心位置挖去第一结构尺寸的孔，在第二层磁性材料的中心位置挖去第二结构尺寸的孔，在第一层磁性材料的四个角各挖去第三结构尺寸的孔沿中心线正交等分的四分之一结构，且第一结构尺寸的孔与第二结构尺寸的孔结构相同尺寸不同；所述第一层磁性材料及第二层磁性材料的中心位置相同，挖去孔后的第一层磁性材料与第二层磁性材料均为关于穿过中心位置的垂直线的对称结构；第一结构尺寸的孔的尺寸大于第二结构尺寸的孔的尺寸，第二结构尺寸的孔的尺寸大于第三结构尺寸的孔的尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，其特征在于，所述第一层磁性材料为匹配层，第一层磁性材料在整个1-18GHz工作频段范围内，其介电常数为16左右，磁导率从2.5下降到0.5。3.根据权利要求2所述的一种基于周期性磁性材料的超宽带吸波器，其特征在于，第二层磁性材料为吸波层，第二层磁性材料在整个1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，文光俊，殷丹，黄勇军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51