一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料制造技术

本发明专利技术涉及超材料领域，具体为一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料。本发明专利技术通过引入四棱台支撑体，在其侧壁设置全覆盖的电阻膜构成吸波结构，并以矩阵的方式将吸波结构排布获得超材料，从而在2.1GHz

【技术实现步骤摘要】
一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料


[0001]本专利技术涉及超材料领域，具体为一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料。

技术介绍

[0002]隐身技术，也叫低可探测技术，是二十一世纪发展最核心、最关键的技术之一。根据探测手段不同，隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、声隐身和可见光隐身等，但目前雷达隐身仍然最主要的，约占60％。雷达隐身技术主要包括外形设计、雷达隐身材料应用等，当外形确定的情况下，雷达隐身材料应用成为最主要的手段。
[0003]雷达隐身材料主要包括雷达吸波涂层和雷达吸波结构。雷达吸波涂层应用较早，将吸收剂和粘结剂混合后涂覆在目标体表面，成本低，但是在“薄、轻、宽、强”的要求下具有一定局限性。雷达吸波结构兼具承载和吸波功能，成为目前隐身材料的主要手段，相比于雷达隐身涂层，雷达吸波结构在吸波频带和吸波效率方面有较大的优势，而且雷达吸波结构具备更复杂的表面设计和更灵活的界面匹配能力，受到业界广泛关注。
[0004]当前，雷达吸波结构发展方向主要集中于宽带、宽角、极化不敏感等，根据斜入射电磁波传输特征和波阻抗关系可知，要实现双极化超宽带宽角吸波，则需要材料横向电磁参数(ε
t
，μ
t
)和法向电磁参数(ε
n
，μ
n
)满足：ε
t
+μ
t
＝(ε
n
+μ
n
)/ε
n
μ
n
，因此材料具备各向异性特性。对于窄带宽角极化不敏感吸波结构的研究，研究主要集中在高阻抗表面结构领域。对于超宽带宽角极化不敏感吸波结构的研究，目前集中于多层、复合机制等方向，但是，多层、复合机制等研究方向存在吸波结构设计方法复杂、材料选择困难(如三维结构时过厚)等问题。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有吸波结构存在设计方法复杂、材料选择困难的问题，本专利技术提供了一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料。该三维吸波结构的吸收频带能覆盖S、C、X和Ku四个波段，并且在选择基本单元为非对称三维吸波结构时，能够使电磁波在0
°
至65
°
斜入射条件下，TE和TM两种极化均实现高效吸收，从而实现双极化超宽带宽角。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料，由周期为P的基本单元以矩阵的方式排布而成。基本单元为三维吸波结构，包括底部反射层、中间支撑体和侧壁电阻膜三部分。
[0008]所述底部反射层是位于基本单元底部边长为P的正方形金属底板，电导率为2～9
×
107s/m，厚度10
‑
70μm；以底部反射层为基准，相邻基本单元相适应的按矩阵方式排布；
[0009]所述中间支撑体是上下台面均为矩形的四棱台，上下台面的中心点在高度方向重叠，居中设置于底部反射层上，且上下台面的边与底部反射层的边分别对应平行，四棱台的4个侧壁为等腰梯形，主要起到支撑电阻膜作用。中间支撑体为介电常数1～1.5的材料，高度h为(20～30)
±
10％mm，四棱台侧壁与下底面夹角θ为锐角。
[0010]所述侧壁电阻膜全覆盖的贴覆于四棱台(中间支撑体)的4个侧面。
[0011]进一步的，所述基本单元为对称三维吸波结构(如图1
‑
a所示)，即四棱台的上下台面均为正方形：四棱台下台面(与底部反射层接触的台面)是边长为b的正方形，上台面是边长为a的正方形，b>a，四片电阻膜相适应的覆盖在四棱台的四个侧壁，其展开图如图1
‑
b所示。以下台面正方形的一个顶点作为坐标原点，顶点对应的两条边分别作为x轴和y轴，2b>p>b，四片电阻膜阻值均为R，R取值为(60Ohm/sq～400Ohm/sq)
±
10％。
[0012][0013]进一步的，所述基本单元为非对称三维吸波结构(如图6
‑
a所示)，即四棱台的上下台面至少一个面为长方形：
[0014]以下台面长方形的一个顶点作为坐标原点，顶点对应的两条边分别作为x轴和y轴，沿着x方向和y方向的下台面边长分别为b
x
和b
y
，对应的上台面边长分别为a
x
和a
y
，沿着x方向四棱台侧壁与下底面夹角为θ
x
，沿着y方向四棱台侧壁与下底面夹角为θ
y
，b
x
>a
x
，b
y
>a
y
，其展开图如图6
‑
b所示。2b
x
>p>b
x
，2b
y
>p>b
y
，非对称三维吸波结构沿着x方向和y方向的电阻膜阻值分别为R
x
和R
y
，其中R
x
取值范围为(300Ohm/sq～600Ohm/sq)
±
10％，R
y
取值范围为(1000Ohm/sq～1400Ohm/sq)
±
10％。
[0015][0016][0017]进一步的，所述四棱台的上下台面均为长方形，以使得双极化超宽带的三维吸波结构超材料综合性能更佳。
[0018]本专利技术通过引入四棱台支撑体，在其侧壁设置全覆盖的电阻膜构成吸波结构，并以矩阵的方式将吸波结构排布获得超材料，从而在2.1GHz
‑
18GHz频带范围内实现电磁波吸收率大于90％，相对带宽接近160％，具备超宽带吸波性能。并进一步的，通过非对称三维吸波结构引入各向异性，对各向同性下，TE极化在大角度时表现出的恶化情况进行改进，使得在0
°
至65
°
宽角斜入射范围内，TE和TM两种极化均实现高效吸收。
[0019]综上所述，本专利技术为双极化超宽带宽角吸波体设计提供了一种新的思路，所提出的基本单元结构可结合当下3D打印技术快速制备，不需要任何磁性材料或复合材料，符合大角度斜入射时，某一极化下吸收性能恶化的应用背景，具有较大潜力。
附图说明
[0020]图1为对称三维吸波结构及其沿着XOY面展开示意图。
[0021]图2为对称三维吸波结构TE、TM极化下吸收曲线。
[0022]图3为对称三维吸波结构在TE、TM极化下，电磁波0
°
至70
°
斜入射的反射损耗曲线。
[0023]图4为对称三维吸波结构TE极化下，归一化阻抗实部和虚部曲线。
[0024]图5为对称三维吸波结构TM极化下，归一化阻抗实部和虚部曲线。
[0025]图6为非对称吸波结构及其沿着XOY平面展开示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化超宽带的三维吸波结构超材料，其特征在于：由周期为P的基本单元以矩阵的方式排布而成，基本单元为三维吸波结构，包括底部反射层、中间支撑体和侧壁电阻膜三部分；所述底部反射层是位于基本单元底部边长为P的正方形金属底板，电导率为2～9
×
107s/m，厚度10
‑
70μm；以底部反射层为基准，相邻基本单元相适应的按矩阵方式排布；所述中间支撑体是上下台面均为矩形的四棱台，上下台面的中心点在高度方向重叠，居中设置于底部反射层上，且上下台面的边与底部反射层的边分别对应平行，四棱台的4个侧壁为等腰梯形；中间支撑体为介电常数1～1.5的材料，高度h为(20～30)
±
10％mm，四棱台侧壁与下底面夹角θ为锐角；所述侧壁电阻膜全覆盖的贴覆于中间支撑体的4个侧面。2.如权利要求1所述双极化超宽带的三维吸波结构超材料，其特征在于：所述基本单元为对称三维吸波结构，即四棱台的上下台面均为正方形：下台面是边长为b的正方形，上台面是边长为a的正方形，b>a，高为h；2b>p>b，四片电阻膜阻值均为R，R取值为(60Ohm/sq～400Ohm/sq)
±
10％；3.如权利要求1所述双极化超宽带的三维吸波结构超材料，其特征在于：所述基本单元为非对称三维吸波结构，即四棱台的上下台面至少一个面为长方形：以下台面长方形的一个顶点作为坐标原点，顶点对应的两条边分别作为x轴和y轴，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海燕，田佳伟，王晓迪，姚鑫，梁迪飞，谢建良，邓龙江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：