一种低频吸波高频透波的超材料结构制造技术

本发明专利技术提出一种低频吸波高频透波的超材料结构，属于电磁场与微波技术领域，该超材料结构由六层结构依次铺层组成，第一层为介质层，第二层为由介质基板层以及在该介质基板层上的金属微结构层组成，第三层为介质层，第四层为铁氧体材料层，第五层为金属微结构层，第六层为介质层。本超材料结构结合了金属结构阵列的透波/反射特性与贴片电阻及铁氧体材料的电磁损耗作用，两种损耗作用的结合有利于拓展低频吸波带宽，实现了结构整体的吸波/透波一体化。体化。体化。

【技术实现步骤摘要】
一种低频吸波高频透波的超材料结构


[0001]本专利技术涉及一种低频吸波高频透波的一体化超材料结构，属于电磁场与微波


技术介绍

[0002]超材料指原本自然界中不存在，由人工设计、制造出来的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。狭义上的超材料特指左手材料(Left
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Handed Metamaterial，LHM)，又叫双负材料，即一种介电常数ε和磁导率μ均为负的人工周期介质材料。由于其具有天然材料所不具备的超常物理性质，成为应用物理、光学、微波以及材料工程等领域的研究热点。随着研究的不断深入，超材料的研究已经从最初的微波波段扩展到光波波段和声波波段，包含的超材料除最初的左手材料外，还包括光子晶体、超磁性材料、频率选择表面等等。
[0003]随着现代雷达探测技术的不断发展进步，雷达的探测距离和探测精度不断提高，极大的削弱武器装备的战场生存能力和突防能力，为了应对这一变化，武器装备的强隐身设计越来越受到关注。超材料技术由于其在电磁调控方面独特的功能优势在隐身领域得到广泛应用。应用最早也最广泛的是频率选择表面超材料技术，频率选择表面是一种空间电磁波滤波结构，通过周期排布的金属单元结构实现对特定频段电磁波的透射或反射，再结合天线罩体的低散射外形实现雷达舱单站雷达散射截面的减缩，从而在保证己方雷达正常工作的同时对特定频段雷达波隐身。但是随着多基探测雷达技术的发展与使用，以及雷达探测能力的不断提高，对装备单站、双站隐身性能及抗干扰性能要求不断提高，传统基于透波/反射的频率选择表面难以满足需求，需要设计性能更加优异的吸波/透波一体化超材料结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种在C波段具有对电磁波的高透过性，同时在C波段以下频段具有对电磁波的强吸收特性的超材料结构。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种低频吸波高频透波的超材料结构，由六层结构依次铺层组成；其中，第一层、第三层和第六层为介质层；第四层为铁氧体材料层；第二层为由介质基板层以及在该介质基板层上的金属微结构层组成，该金属微结构层为由正方形网格单元周期排列构成，每个网格单元包括一个金属方环，在该方环的四条边上分别设有两个微带电容和两个微带电感，在该方环的4个角上分别焊接有一个贴片电阻；第五层为金属微结构层，由正方形网格单元周期排列构成，每个网格单元为在中间刻蚀有一个圆孔的正方形金属贴片。
[0007]进一步地，第一层和第六层的厚度分别为0.1～0.5mm。
[0008]进一步地，第二层的微带电容的两个贴片间隙宽度为0.2～0.4mm，贴片长度为1～3mm，贴片宽度为0.1～0.5mm。
[0009]进一步地，第二层的微带电感的线宽为0.1～0.5mm，长度为2～5mm。
[0010]进一步地，第二层的介质基板层的厚度根据PCB板材规格选择0.5mm或1mm。
[0011]进一步地，第二层的网格单元的边长为p＝26～32mm，第二层的方环的边长为0.8p～0.9p，方环的环宽度为0.5～1mm。
[0012]进一步地，第三层的厚度为0.3p～0.5p。
[0013]进一步地，第四层的厚度为0.06p～0.15p。
[0014]进一步地，第五层的网格单元的边长为0.5p，圆孔的半径为3～8mm。
[0015]进一步地，贴片电阻的阻值为100～400Ω。
[0016]进一步地，第一层和第六层的介质层材料选用石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料，第二层的介质基板层选用FR4树脂基底，第三层的介质层选用PMI泡沫，第五层为PI薄膜基底上采用PCB加工工艺刻蚀出金属微结构层。
[0017]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0018](1)本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构，结合了金属结构阵列的透波/反射特性与贴片电阻及铁氧体材料的电磁损耗作用，两种损耗作用的结合有利于拓展低频吸波带宽，实现了结构整体的吸波/透波一体化。
[0019](2)本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构的第二层中在方环中加入了微带电容及电感，一方面通过电容及电感加载的调节有利于低频谐振吸收特性的实现，另一方面也有利于在铁氧体这类强色散媒质加载下实现吸收频带的调节；通过设计具有电容及电感特性的微带线结构来实现等效电容及电感的加载，实现阻抗匹配特性的调节，避免了加载贴片电容及贴片电感带来的加工复杂度提高，使用中焊接可靠性降低等问题。
[0020](3)本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构的第四层中加入了铁氧体材料，由于铁氧体的色散特性，虽然增加了匹配设计的难度，但利用其低频损耗相对较大的特性，可以进一步增强低频吸收特性。
[0021](4)本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构的第二层与第五层采用了不同的周期排列，有利于降低低频谐振对高频透波的影响。
[0022](5)本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构的特殊结构及结构之间的比例关系配合(包括第二层的网格单元的边长为p，第二层的方环的边长为0.8p～0.9p，第三层的厚度为0.3p～0.5p，第四层的厚度为0.06p～0.15p，第五层的网格单元的边长为0.5p)实现了在C波段透波、低频吸波的特性，可应用于天线罩、天线窗等各类透波结构，用于改善结构阻带抑制特性，以满足隐身、电磁兼容等方面应用需求。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构第二层示意图；
[0025]图3为本专利技术的低频吸波高频透波的超材料结构第五层示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例1的低频吸波高频透波的超材料结构在0.1GHz
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8GHz的传输和反射特性。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
[0028]本专利技术提供的一种低频吸波高频透波的超材料结构，由六层结构组成，如图1所示。自上而下第一层为介质层，厚度为h1；第二层为由介质基板层以及位于其上的金属微结构层组成，基板厚度为h2，金属微结构层由正方形网格单元周期排列构成，网格单元的边长为p，每个网格单元由一个金属方环构成，在方环四条边分别加入两个微带电容和两个电感，方环4个角分别焊接一个贴片电阻，如图2所示，方环边长为a1，环宽度为w1，电容两个贴片间隙为cg，贴片长度为cl，贴片宽和电感线宽均为cw，长度为l1，贴片电阻阻值为R；第三层为介质层，厚度为h3；第四层为铁氧体材料层，厚度为h4；第五层为金属微结构层，同样由正方形网格单元周期排列构成，网格单元的边长为0.5p，网格单元为正方形金属贴片的基础上中间刻蚀一个圆孔，圆孔的半径为r1，如图3所示。第六层为介质层，厚度为h6。其中第一层和第六层的介质层作为蒙皮层，既能起到隔离、支撑作用，又能起到调节阻抗匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频吸波高频透波的超材料结构，其特征在于，由六层结构依次铺层组成；其中，第一层、第三层和第六层为介质层；第四层为铁氧体材料层；第二层为由介质基板层以及在该介质基板层上的金属微结构层组成，该金属微结构层为由正方形网格单元周期排列构成，每个网格单元包括一个金属方环，在该方环的四条边上分别设有两个微带电容和两个微带电感，在该方环的4个角上分别焊接有一个贴片电阻；第五层为金属微结构层，由正方形网格单元周期排列构成，每个网格单元为在中间刻蚀有一个圆孔的正方形金属贴片。2.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，第一层和第六层的厚度分别为0.1～0.5mm。3.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，第二层的微带电容的两个贴片间隙宽度为0.2～0.4mm，贴片长度为1～3mm，贴片宽度为0.1～0.5mm。4.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，第二层的微带电感的线宽为0.1～0.5mm，长度为2～5mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊君，张春波，黄修涛，丛琳，阳开华，杨帆，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：