本發(fā)明涉及一種電磁結(jié)構(gòu)材料，尤其涉及的是一種超寬帶吸波窄帶傳輸電磁帶隙結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面通常為二維周期性金屬貼片或金屬開槽結(jié)構(gòu)，對空間傳輸?shù)碾姶挪ň哂蓄l率選擇特性，可用于電磁結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計。電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種自然界中不存在的特殊電磁結(jié)構(gòu)，具有頻率帶隙特性、慢波特性、同相反射特性等特殊性能。采用頻率選擇表面及電子元器件可設(shè)計制備具備特種性能的電磁帶隙結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超寬帶吸波窄帶傳輸電磁帶隙結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，可以滿足裝備平臺隱身設(shè)計和電子設(shè)備電磁噪聲抑制的應(yīng)用需求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)為多個周期性單元排布而成，每個所述單元包括介質(zhì)支撐板、設(shè)置于介質(zhì)支撐板上下的八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面與八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面；所述八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面包括上介質(zhì)襯底和具有間隙的八邊形開口金屬環(huán)，所述上介質(zhì)襯底位于八邊形開口金屬環(huán)和介質(zhì)支撐板之間，所述間隙設(shè)置在八邊形開口金屬環(huán)的十字對稱的四條邊上，所述間隙內(nèi)設(shè)置貼片電阻，所述八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面包括下介質(zhì)襯底和多個呈陣列排布的八邊形環(huán)槽縫，所述下介質(zhì)襯底位于八邊形環(huán)槽縫和介質(zhì)支撐板之間。

所述八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面和八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面為微帶板結(jié)構(gòu)?？梢栽谖О褰Y(jié)構(gòu)上加工需要的金屬形狀。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述貼片電阻的長度大于對應(yīng)間隙的長度。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述貼片電阻焊接在對應(yīng)的間隙上將八邊形開口金屬環(huán)連通。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述介質(zhì)支撐板選自蜂窩芯、陶瓷和泡沫類介質(zhì)中的一種。

能夠最大限度的降低重量同時滿足小厚度需要，實現(xiàn)絕緣和支撐的作用。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上介質(zhì)襯底的上表面為八邊形開口金屬環(huán)，所述上介質(zhì)襯底的下表面為非金屬表面，所述下介質(zhì)襯底的上表面為非金屬表面，所述下介質(zhì)襯底的下表面上設(shè)置八邊形環(huán)槽縫，所述下介質(zhì)襯底的上表面連接介質(zhì)支撐板，所述下介質(zhì)襯底的下表面除八邊形環(huán)槽縫外均為金屬表面。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述八邊形開口金屬環(huán)和下介質(zhì)襯底的下表面的金屬表面分別具有鍍金保護(hù)層。可以保護(hù)金屬表面防劃傷、氧化、腐蝕等。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)的外表面上沉積介質(zhì)保護(hù)膜層。能夠適用不同的使用工況。

所述八邊形開口金屬環(huán)和八邊形環(huán)槽縫均為正八邊形。正八邊形為對稱結(jié)構(gòu)，對于不同極化電磁波，電磁性能穩(wěn)定。

八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面是用于透過一定頻率的電磁波，從而使電磁帶隙結(jié)構(gòu)具備窄帶傳輸特性。另外八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面在此頻帶也必須是透波的。采用多個八邊形環(huán)槽縫組成陣列形式，是用于確定某個特定傳輸頻帶，傳輸頻率與八邊形環(huán)槽縫的大小及寬度有關(guān)，同時需保證傳輸頻帶不與電磁帶隙結(jié)構(gòu)的吸收頻帶重合。

一種超寬帶吸波窄帶傳輸電磁帶隙結(jié)構(gòu)在平面隱身天線罩中的應(yīng)用。可作為平面天線罩的中間夾層，承擔(dān)吸波傳輸承載一體化的功能，使平面天線罩具備超寬帶隱身性能。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：本發(fā)明的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在吸收頻帶具有吸波頻帶寬，吸波能力強(qiáng)的優(yōu)點，在傳輸頻帶具有傳輸損耗小的優(yōu)點，既可作為吸波結(jié)構(gòu)單獨使用，又可作為隱身天線罩使用，實現(xiàn)吸波傳輸一體化。本發(fā)明的電磁帶隙結(jié)構(gòu)具備很好的極化穩(wěn)定性，對斜入射電磁波，也具備很好的吸波效果；作為平面隱身天線罩使用，不但具備普通天線罩難以達(dá)到的超寬帶隱身性能，而且具備傳輸損耗小，具備吸波傳輸承載一體化功能。本發(fā)明的電磁帶隙結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、厚度薄、結(jié)構(gòu)簡單、加工簡單、制備工藝成熟、可靠性高、成本低，可靈活應(yīng)用于武器裝備平臺隱身及電子產(chǎn)品噪聲抑制，具備較高的軍用、民用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面上八邊形開口金屬環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面上八邊形環(huán)槽縫的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是電磁帶隙結(jié)構(gòu)在te極化波和tm極化波垂直照射下的反射特性和傳輸特性；

圖5是電磁帶隙結(jié)構(gòu)在te極化波和tm極化波在不同入射角照射下的吸收率。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本實施例電磁帶隙結(jié)構(gòu)為多個周期性單元排布而成，每個所述單元包括介質(zhì)支撐板3、八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1與八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5；所述八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1包括上介質(zhì)襯底2和具有間隙的八邊形開口金屬環(huán)，所述間隙設(shè)置在八邊形開口金屬環(huán)的十字對稱的四條邊上，所述間隙內(nèi)焊接貼片電阻6，所述八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5包括下介質(zhì)襯底4和多個呈陣列排布的八邊形環(huán)槽縫，上介質(zhì)襯底2設(shè)置在八邊形開口金屬環(huán)與介質(zhì)支撐板3之間，所述下介質(zhì)襯底4設(shè)置在八邊形環(huán)槽縫與介質(zhì)支撐板3之間。

上介質(zhì)襯底2的上表面為八邊形開口金屬環(huán)，下表面無金屬圖案；下介質(zhì)襯底4的上表面無金屬圖案，下表面除了八邊形環(huán)槽縫外全部為金屬表面。

本實施例的八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1與八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5可以采用單面或雙面覆銅板，然后通過印制電路板工藝制備，采用化學(xué)腐蝕法或刻蝕法，在覆銅板上制備出八邊形金屬環(huán)及八邊形環(huán)槽縫。覆銅板的材質(zhì)可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境合理選擇。為保護(hù)金屬表面，可對金屬圖案采取鍍金保護(hù)。

將貼片電阻6焊接在對應(yīng)的間隙上將八邊形開口金屬環(huán)連通。使用錫焊焊接實現(xiàn)金屬接觸導(dǎo)通。其他實施例中也可以使用低溫焊料，采用回流焊設(shè)備完成貼片電阻6的焊接。

八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1、八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5和介質(zhì)支撐板3需要進(jìn)行有效平整固定，可選用特種膠水/膠片粘合固定，也可用螺釘?shù)绕渌潭ǚ绞焦潭ā?/p>

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境需要，可對制備的電磁帶隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步做環(huán)境適應(yīng)性保護(hù)，例如為了防水、應(yīng)對酸堿鹽霧等不利環(huán)境，對電子帶隙吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，生長一層介質(zhì)保護(hù)膜層。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)制備材料、方法、工藝十分靈活，可根據(jù)應(yīng)用平臺外形及大小尺寸，進(jìn)行一體化加工，也可以固定電磁帶隙結(jié)構(gòu)的大小進(jìn)行批量生產(chǎn)，然后像使用瓷磚一樣切割、拼接、鋪設(shè)到使用平臺表面或內(nèi)部。

本實施例的覆銅板材質(zhì)為rogers5880，相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.254mm。八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，尺寸參數(shù)如下：a＝b＝17.12mm，w＝2.17mm，g＝1.6mm，aa＝6.3mm。八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5如圖3所示，底層的八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5包含有9個以方形陣列排列的八邊形環(huán)，c＝5.7mm，d＝4.43mm，ww2＝0.37mm。

本實施例采用輕質(zhì)泡沫板作為介質(zhì)支撐板3，輕質(zhì)泡沫板相對介電常數(shù)為1.07，密度非常小，具備很好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。采用厚度非常薄的覆銅板和密度非常小的輕質(zhì)泡沫板，可以有效降低電磁帶隙結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。整個電磁帶隙結(jié)構(gòu)總厚度為6.7mm，說明電磁帶隙結(jié)構(gòu)的厚度非常薄。

本實施例的貼片電阻6封裝類型為2012(長2mm，寬1.2mm)，阻值為180ω。采用常規(guī)錫焊將貼片電阻6焊接好，并確保良好連接。

采用厚度非常薄的膠片將上層的八邊形金屬環(huán)頻率選擇表面1、下層的八邊形環(huán)槽縫頻率選擇表面5和介質(zhì)支撐板3進(jìn)行固定，確保粘合平整、牢固、中間無空氣間隙。

通過考察入射電磁波在不同極化狀態(tài)和不同入射角度下電磁帶隙結(jié)構(gòu)的傳輸特性、反射特性、吸收率來檢測電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電磁性能。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)在te極化波、tm極化波垂直照射下的傳輸系數(shù)s21、反射系數(shù)s11如圖4所示。由反射系數(shù)s11可見，電磁帶隙結(jié)構(gòu)在4.2～17ghz頻帶內(nèi)s11小于-10db，該頻帶為電磁帶隙結(jié)構(gòu)的吸波區(qū)，可有效降低電磁帶隙結(jié)構(gòu)在該頻帶內(nèi)的反射，實現(xiàn)在該頻帶隱身或電磁噪聲抑制。由傳輸系數(shù)s21可見，在21.5～22.5ghz頻帶，s21小于-0.3db，絕大部分電磁波可透過電磁帶隙結(jié)構(gòu)正常傳輸，此頻帶為電磁帶隙結(jié)構(gòu)傳輸區(qū)。此電磁帶隙結(jié)構(gòu)可作為隱身天線罩使用，可實現(xiàn)4.2～17ghz超寬頻帶隱身，同時保證21.5～22.5ghz頻帶電磁波正常傳輸。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)在te極化波、tm極化波及不同入射角照射下的吸收率如圖5所示。電磁帶隙結(jié)構(gòu)在入射角度為0°(垂直入射)時，4～16ghz頻帶內(nèi)，吸收率大于90％，隨著入射角度增大，吸收率有所降低，吸收頻帶略往高頻漂移。在入射角小于40°情況下，在4～16ghz頻帶內(nèi)，吸收率大于85％。在入射角為60°時，在4.5～18ghz頻帶內(nèi)，吸收率大于68％。由此可見，電磁帶隙結(jié)構(gòu)具備非常寬的吸波帶寬、而且吸波能力非常強(qiáng)。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)在te極化波和tm極化波在相同角度照射下的傳輸系數(shù)、反射系數(shù)、吸收率曲線非常一致，這說明電磁帶隙結(jié)構(gòu)具備很好的極化穩(wěn)定性。本電磁帶隙結(jié)構(gòu)采用覆銅板、輕質(zhì)泡沫板、貼片電阻6加工制成，總厚度僅為6.7mm，因此電磁帶隙結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工簡單、制作工藝成熟、成本低、可靠性高的優(yōu)點。采用厚度薄的覆銅板和輕質(zhì)泡沫的介質(zhì)支撐板3能夠顯著降低電磁帶隙結(jié)構(gòu)的厚度和質(zhì)量。

本實施例的電磁帶隙結(jié)構(gòu)既可作超寬帶吸波結(jié)構(gòu)使用，也可作平面隱身天線罩使用。電磁帶隙結(jié)構(gòu)的吸波頻帶、傳輸頻帶可通過調(diào)節(jié)電磁帶隙結(jié)構(gòu)參數(shù)實現(xiàn)改變，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。