一种吸波透波一体化超构材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种吸波透波一体化超构材料及制备方法，属于电磁隐身技术领域。一种吸波透波一体化电磁超构材料，由周期性分布的元胞单元组成，元胞的周期分布成正方形，元胞包含上层复合材料、中层泡沫芯材、下层复合材料、两层超构电阻膜层和一层频率选择表面；其中上层超构电阻膜层位于上层复合材料内部、下层超构电阻膜层位于上层复合材料与中层泡沫芯材的界面处、频率选择表面则位于中层泡沫芯材与下层超构电阻膜层的分界面处；两层超构电阻膜层和频率选择表面均为方环外形。本发明专利技术采用了两层超构电阻膜层和一层频率选择表面的电磁超材料组合即可实现低频高效透波、高频高效隐身的吸透一体效果，元胞结构简单，具有灵活的设计特性。计特性。计特性。

【技术实现步骤摘要】
一种吸波透波一体化超构材料及制备方法


[0001]本专利技术属于电磁隐身
，具体涉及一种吸波透波一体化超构材料及制备方法。

技术介绍

[0002]雷达探测技术及探测系统的快速发展对电磁隐身技术的要求越来越高，以吸波透波一体化材料作为通信天线的功能保护罩，可以保证在工作频带内高透波的同时在带外具有隐身效果。传统的天线保护罩一般采用均质或者多层的透波介质材料，由于透波材料对电磁波具有高透和低损耗特性，此类材料本身并不具备天线电磁隐身功能。通过在表面涂敷铁氧体等吸波涂层可以减小后向散射，但吸波涂层会影响设备的正常通信，在潮湿、海水腐蚀等环境中环境适应性也较差。
[0003]为实现对透波和隐身的兼容要求，可以采用具有频率选择特性的频率选择表面电磁结构，其隐身工作原理是将通信频段范围外的电磁波反射到其他方向，使来波方向收不到回波，进而达到隐身效果。频率选择表面通常内嵌于复合材料内部，避免金属图案结构直接与外界服役环境直接接触，但是该手段只对单站雷达探测有隐身效果，对多站雷达探测不具备隐身效果。谐振吸波超材料或者电阻型吸波超材料的出现为吸波透波一体化提供了新的机遇，将吸波超材料与频率选择表面进行复合设计，可以在通信频段高效透波的同时对雷达探测波频段进行高效吸收，从而实现透波吸波一体化，有效应对多站雷达探测。
[0004]吸波透波一体材料中一般包括一层或者多层的吸波阻抗层、透波频率选择表面，具有良好的电磁相应波段调控特性；同时，为了有效支撑和保护金属膜层，通常是将吸波透波膜层有机融合于复合材料内部。目前，关于隐身透波材料已有较多研究，吸波频段一般是X频段，或者X+Ku频段(8GHz～18GHz)，透波频段一般是在特定窄带内透波或者更高频段透波，但关于低频透波
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高频吸波的隐身透波材料的研究相对较少，特别是耦合力学性能需求的相关研究很少。针对相关技术中的低频透波高频吸波问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决目前隐身透波材料关于低频透波高频吸波问题，同时兼顾具有良好的力学承载性能。
[0006]为达到上述目的，解决上述技术问题，本专利技术提供一种吸波透波一体化超构材料及制备方法，技术方案如下：
[0007]一种吸波透波一体化电磁超构材料，由周期性分布的元胞单元组成，元胞的周期分布成正方形，元胞包含上层复合材料、中层泡沫芯材、下层复合材料、两层超构电阻膜层和一层频率选择表面；两层超构电阻膜层为上层超构电阻膜层和下层超构电阻膜层，其中上层超构电阻膜层位于上层复合材料内部、下层超构电阻膜层位于上层复合材料与中层泡沫芯材的界面处、频率选择表面则位于中层泡沫芯材与下层超构电阻膜层的分界面处；两
层超构电阻膜层和频率选择表面均为方环外形。
[0008]进一步的，元胞的周期分布成正方形，周期大小为10～15mm。
[0009]进一步的，上层和下层复合材料均采用石英纤维纤维增强氰酸酯复合材料，介电常数为3.1～3.3，上层复合材料的厚度为4～8mm，下层复合材料的厚度为2mm。
[0010]进一步的，中层泡沫芯材采用高强PMI泡沫或者PVC泡沫，介电常数为1.1～1.2，厚度为7.5～10mm
[0011]进一步的，上层超构电阻膜层距离上层复合材料顶部的相对位置为0.65～0.90，方环的线宽为0.25mm～0.65mm，下层超构电阻膜层方环的宽度为0.25mm～1.0mm，上层和下层超构电阻膜层的方阻值根据吸波频段进行选择设计；
[0012]进一步的，频率选择表面膜层的方环线宽为0.5mm～2.2mm。
[0013]同时，本专利技术提供一种吸波透波一体化电磁超构材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1、通过磁控溅射方式在聚酰亚胺薄膜上沉积不同厚度的镍铬膜层和铜膜层，采用激光加工方式进行周期性图案加工，按照设计尺寸要求进行膜层裁剪。
[0015]步骤2、按照设计厚度和尺寸将石英纤维纤维增强氰酸酯预浸料进行铺层处理，并将负载于聚酰亚胺支撑膜上的上层超构电阻膜层嵌入到设计位置，电阻膜层的上下分别添加粘接胶膜，将预浸料与电阻膜进行层压预定型得到内嵌电阻膜层的上层复合材料。
[0016]步骤3、按照设计厚度和尺寸将石英纤维纤维增强氰酸酯预浸料进行铺层和预定型得到下层复合材料；按照设计厚度和尺寸裁剪中层泡沫芯材。
[0017]步骤4、将下层电阻膜层嵌入到上层复合材料和中层泡沫芯材的界面处，同样通过上下两层胶膜层进行粘接；将频率选择表面嵌入到中层泡沫芯材和下层复合材料的界面处，也通过上下两层胶膜层进行粘接。
[0018]步骤5、按照设计要求将多层形式的材料进行一体化真空热压成型即得到了本专利技术的吸波透波一体化电磁超构材料。
[0019]本专利技术的有效收益如下：
[0020]1.本专利技术提出的一种吸波透波一体化电磁超构材料，采用了具有良好力学特性的夹层复合材料结构，可以保证优异的力学承载性能，同时，仅采用了两层超构电阻膜层和一层频率选择表面的电磁超材料组合即可实现低频高效透波、高频高效隐身的吸透一体效果，元胞结构简单，具有灵活的设计特性。
[0021]2.本专利技术提出的一种吸波透波一体化电磁超构材料，在正入射情况下，≤2GHz频段范围内的插入损耗均小于2dB，同时在8GHz～12GHz甚至更宽的频带范围内具有高吸收且反射率小于～10dB，实现雷达电磁波在低频透过、高频隐身的功能，具有广泛的应用前景。
[0022]3.本专利技术提出的种低频吸波透波一体化电磁超构材料，原材料易得、制备工艺成熟，可以满足轻质高强和吸波透波一体化需求。
附图说明
[0023]图1为本专利技术吸波透波一体化电磁超构材料元胞示意图；
[0024]其中：1
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上层复合材料；2
‑
上超构电阻膜层；3
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下超构电阻膜层；
[0025]4‑
中层泡沫芯材；5
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频率选择表面膜层；6
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下层复合材料
[0026]图2为实施例1中吸波透波一体化超构材料的透波率及反射率曲线；
[0027]图3为实施例1中吸波透波一体化超构材料的吸收率曲线；
[0028]图4为实施例2中吸波透波一体化超构材料的透波率及反射率曲线；
[0029]图5为实施例2中吸波透波一体化超构材料的吸收率曲线；
[0030]图6为实施例3中吸波透波一体化超构材料的透波率及反射率曲线；
[0031]图7为实施例3中吸波透波一体化超构材料的吸收率曲线；
[0032]图8为实施例4中吸波透波一体化超构材料的透波率及反射率曲线；
[0033]图9为实施例4中吸波透波一体化超构材料的吸收率曲线。
具体实施方式
[0034]本专利技术旨在提供一种吸波透波一体化超构材料及制备方法，为了更好地理解本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细的解释和说明。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸波透波一体化电磁超构材料，由周期性分布的元胞单元组成，其特征在于，所述元胞的周期分布成正方形，元胞包含上层复合材料、中层泡沫芯材、下层复合材料、两层超构电阻膜层和一层频率选择表面；所述两层超构电阻膜层为上层超构电阻膜层和下层超构电阻膜层，其中上层超构电阻膜层位于上层复合材料内部、下层超构电阻膜层位于上层复合材料与中层泡沫芯材的界面处、频率选择表面则位于中层泡沫芯材与下层超构电阻膜层的分界面处；所述两层超构电阻膜层和频率选择表面均为方环外形。2.根据权利要求1所述的一种吸波透波一体化电磁超构材料，其特征在于，所述元胞的周期大小为10～15mm。3.根据权利要求1所述的一种吸波透波一体化电磁超构材料，其特征在于，所述上层复合材料和下层复合材料均采用石英纤维增强氰酸酯复合材料，介电常数为3.1～3.3，上层复合材料的厚度为4～8mm，下层复合材料的厚度为2mm。4.根据权利要求1所述的一种吸波透波一体化电磁超构材料，其特征在于，所述中层泡沫芯材采用高强PMI泡沫或者PVC泡沫，介电常数为1.1～1.2，厚度为7.5～10mm。5.根据权利要求1所述的一种吸波透波一体化电磁超构材料，其特征在于，所述上层超构电阻膜层距离上层复合材料顶部的相对位置为0.65～0.90，方环的线宽为0.25mm～0.65mm，下层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹春荣，郭少军，周晓松，沈同圣，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：