改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，屬于電子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)及其方法。本發(fā)明由M×N個(gè)正方形吸波單元構(gòu)成陣列，M為行數(shù)，N為列數(shù)，M和N皆為大于2的自然數(shù)，每個(gè)吸波單元包括金屬板和設(shè)置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設(shè)置有金屬線，金屬線的方向平行于吸波單元的一個(gè)邊，并且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長(zhǎng)度小于吸波單元的邊長(zhǎng)。本發(fā)明在減小或者增加電磁吸波結(jié)構(gòu)厚度的情況下，都能夠拓展吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的吸波頻段。
【專利說明】改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]新世紀(jì)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需求極大地促進(jìn)了隱身技術(shù)的發(fā)展。作為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵技術(shù)之一，隱身技術(shù)能夠有效提高武器裝備的生存能力和突防能力，最大限度地打擊敵方的軍事目標(biāo)，改變作戰(zhàn)雙方的力量對(duì)比。而當(dāng)今時(shí)代，電子產(chǎn)品日益普及、電磁輻射幾乎無處不在，電磁“污染”問題諸如電磁干擾和電磁兼容等已經(jīng)成為影響人體健康的課題。利用電磁吸波材料的屏蔽作用可以對(duì)人體進(jìn)行防護(hù)，可以有效抵擋電磁“污染”這一“隱形殺手”對(duì)我們的生存空間所造成的巨大污染。在眾多電磁吸波材料中，結(jié)構(gòu)型電磁吸波材料的應(yīng)用越來越廣泛。
[0003]電磁吸波結(jié)構(gòu)是一種新型多功能復(fù)合材料，具有針對(duì)性強(qiáng)、吸波性能好、質(zhì)量輕、力學(xué)性能滿足承載要求等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代隱身技術(shù)重要的發(fā)展方面。電磁吸波結(jié)構(gòu)不但在較寬頻帶內(nèi)具有良好的吸波性能，而且具有耐高溫、質(zhì)量輕、耐濕熱、抗腐蝕等熱點(diǎn)。隨著探測(cè)系統(tǒng)性能的提高，對(duì)隱身性能的要求更高，相應(yīng)地對(duì)電磁吸波結(jié)構(gòu)提出了更高的性能要求。但是目前大部分電磁吸波結(jié)構(gòu)(如Jaumann和電路模擬吸波體)都只是考慮了垂直入射下的吸波性能，對(duì)于電磁吸波結(jié)構(gòu)在斜入射下的吸波性能研究卻很少。同時(shí)，現(xiàn)有已發(fā)表的能夠改善斜入射性能的吸波結(jié)構(gòu)，其厚度較厚，不滿足隱身技術(shù)向“寬、輕、薄、強(qiáng)”的目標(biāo)發(fā)展，且無法很好的得到兩種線性極化(TE極化和TM極化)下結(jié)構(gòu)的吸波效果同時(shí)良好。因此，在不改變材料和結(jié)構(gòu)厚度的前提下，開展多種結(jié)構(gòu)形式綜合的電磁吸波結(jié)構(gòu)的斜入射性能探索研究是急需解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電磁吸波結(jié)構(gòu)，在不同角度入射下，兩種極化方式都能夠拓展結(jié)構(gòu)的應(yīng)用頻段以及達(dá)到很好的吸波效果。
[0005]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，由MXN個(gè)正方形吸波單元構(gòu)成陣列，M為行數(shù)，N為列數(shù)，M和N皆為大于2的自然數(shù)，每個(gè)吸波單元包括金屬板和設(shè)置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設(shè)置有金屬線，金屬線的方向平行于吸波單元的一個(gè)邊，并且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長(zhǎng)度小于吸波單元的邊長(zhǎng)。
[0006]進(jìn)一步的說，a為吸波單元邊長(zhǎng)，t為電磁吸波結(jié)構(gòu)的總厚度，h為金屬線距底層金屬板的距離，I為金屬線的長(zhǎng)度，d為金屬線的直徑，上述各參數(shù)的取值范圍為:a = 3.0?5.0mm, t = 2.0mm, = 0.8mm，d = 0.25mm，I = 2.8 ~ 4.0mm0
[0007]所述磁性吸波材料的電磁參數(shù)范圍為:相對(duì)電磁參數(shù)實(shí)部范圍7.5?8.5,虛部范圍O?0.8 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部范圍1.0?3.0，虛部范圍0.3?0.9。
[0008]所述磁性吸波材料為鐵鈷合金粉末與環(huán)氧樹脂按照6:1的質(zhì)量比混合制備而成。
[0009]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1.吸波平板材料制作工藝簡(jiǎn)單成熟、可操作性強(qiáng)、成本較低；
[0011]2.在減小或者增加電磁吸波結(jié)構(gòu)厚度的情況下，都能夠拓展吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的吸波頻段；
[0012]3.入射角度在0°至45°范圍內(nèi)，金屬線的加載對(duì)TE極化方式下電磁吸波結(jié)構(gòu)的吸波性能無影響；
[0013]4.入射角度在0°至75°的范圍內(nèi)，金屬線的加載改善了電磁吸波結(jié)構(gòu)在TM極化方式下的吸波性能；
[0014]5.通過合理調(diào)整周期性金屬線的長(zhǎng)度、直徑和所在位置，該方法同樣適合于其它類似的電磁吸波結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的磁性平板的相對(duì)電磁參數(shù)曲線圖。
[0016]圖2是三個(gè)周期單元的側(cè)面示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是加載金屬線之前，電磁吸波結(jié)構(gòu)在TE極化方式下的S11曲線圖。
[0019]圖5是加載金屬線之后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在TE極化方式下的S11曲線圖。
[0020]圖6是加載金屬線之前，電磁吸波結(jié)構(gòu)在TM極化方式下的S11曲線圖。
[0021]圖7是加載金屬線之后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在TM極化方式下的S11曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]參見圖1?7。
[0023]本發(fā)明底層為金屬平板，上層為平板狀的磁性吸波材料，在磁性吸波材料中嵌入周期性金屬銅直線陣列。所述磁性材料的成分為鐵鈷合金粉末與環(huán)氧樹脂按照6:1的質(zhì)量比制備而成，電磁參數(shù)變化范圍為:相對(duì)電磁參數(shù)實(shí)部范圍7.5?8.5，虛部范圍O?0.8 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部范圍1.0?3.0，虛部范圍0.3?0.9。
[0024]為了便于描述，將本發(fā)明視為由MXN個(gè)正方形吸波單元構(gòu)成的陣列，M為行數(shù)，N為列數(shù)，每個(gè)吸波單元包括金屬板10和設(shè)置在金屬板上的磁性吸波材料層12，磁性吸波材料層12中設(shè)置有金屬線11，金屬線的方向平行于吸波單元的一個(gè)邊，并且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長(zhǎng)度小于吸波單元的邊長(zhǎng)。所有吸波單元的金屬板實(shí)際上可以是一塊整板，磁性吸波材料層也可以是一個(gè)整體，依據(jù)金屬線的分布劃分為各個(gè)單元。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]一種電磁吸波結(jié)構(gòu)，在2.0mm厚的磁性吸波材料內(nèi)部嵌入周期性金屬銅直導(dǎo)線。其單兀尺寸為:a = 5.0mm, t = 2.0mm, h = 0.8mm, d = 0.25mm, 1 = 4.0mm ;磁性吸波材料電磁參數(shù)的范圍為:相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為
1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
[0027]在TE極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)有較好的頻率穩(wěn)定性，并在0°至45°的角度入射范圍內(nèi)有較好的吸波性能；當(dāng)加載周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)的斜入射性能沒有發(fā)生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為7.3GHz?12.9GHz，15°時(shí)帶寬為 7.3GHz ?13.0GHz,30° 時(shí)帶寬為 7.3GHz ?13.5GHz，45。時(shí)帶寬為 7.5GHz ?14.9GHz，60°時(shí)帶寬為OGHz ;在加入周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為6.0GHz?15.7GHz，15°時(shí)帶寬為6.0GHz?15.9GHz，30 °時(shí)帶寬為5.9GHz ?17.0GHz，45° 時(shí)帶寬為 5.8GHz ?18.0GHz，60。時(shí)帶寬為 6.0GHz ?18.0GHz。相比之下，加載周期性金屬線后，在不同入射角度下，電磁吸波結(jié)構(gòu)的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強(qiáng)。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]本實(shí)施例是在2.0mm厚的磁性吸波材料內(nèi)部嵌入周期性金屬銅直導(dǎo)線。單元尺寸為:a = 3.0mm, t = 2.0mm, h = 0.8mm, d = 0.25mm, 1 = 2.8mm ;磁性吸波材料電磁參數(shù)的范圍為:相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
[0030]在TE極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)有較好的頻率穩(wěn)定性，并在0°至45°的角度入射范圍內(nèi)有較好的吸波性能；當(dāng)加載周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)的斜入射性能沒有發(fā)生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為7.3GHz?12.9GHz，15°時(shí)帶寬為 7.3GHz ?13.0GHz,30° 時(shí)帶寬為 7.3GHz ?13.5GHz，45。時(shí)帶寬為 7.5GHz ?14.9GHz，60°時(shí)帶寬為0GHz，75°時(shí)帶寬為OGHz ;在加入周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為5.7GHz?8.3GHz和12.1GHz?18.0GHz, 15。時(shí)帶寬為 5.7GHz ?8.6GHz 和 11.6GHz ?18.0GHz, 30° 時(shí)帶寬為 5.6GHz ?18.0GHz, 45°時(shí)帶寬為5.6GHz?18.0GHz，60°時(shí)帶寬為5.8GHz?18.0GHz, 75°時(shí)帶寬為8.7GHz?
11.6GHz。相比之下，加載周期性金屬線后，在不同入射角度下，電磁吸波結(jié)構(gòu)的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強(qiáng)。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]一種電磁吸波結(jié)構(gòu)，是在1.8mm厚的磁性吸波材料內(nèi)部嵌入周期性金屬銅直導(dǎo)線。單兀尺寸為:a = 4.0mm, t = 2.0mm, = 0.8mm, d = 0.25mm, 1 = 3.5mm ;磁性平板材料電磁參數(shù)的范圍為:相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
[0033]在TE極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)有較好的頻率穩(wěn)定性，并在0°至45°的角度入射范圍內(nèi)有較好的吸波性能；當(dāng)加載周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)的斜入射性能沒有發(fā)生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:在加入周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為7.3GHz?13.1GHz，15°時(shí)帶寬為7.3GHz?13.1GHz，30。時(shí)帶寬為 7.3GHz ?13.8GHz，45。時(shí)帶寬為 7.3GHz ?14.9GHz，60 ° 時(shí)帶寬為10.0GHz?14.9GHz ;0°時(shí)帶寬為5.8GHz?16.8GHz，15 °時(shí)帶寬為5.8GHz?17.2GHz，30。時(shí)帶寬為 5.8GHz ?18.0GHz，45。時(shí)帶寬為 5.6GHz ?18.0GHz，60。時(shí)帶寬為5.9GHz?18.0GHz0相比之下，加載周期性金屬線后，在不同入射角度下，電磁吸波結(jié)構(gòu)的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強(qiáng)。
[0034]實(shí)施例4:
[0035]一種電磁吸波結(jié)構(gòu)，是在2.4mm厚的磁性吸波材料內(nèi)部嵌入周期性金屬銅直導(dǎo)線。單兀尺寸為:a = 4.0mm, t = 2.0mm, = 0.8mm, d = 0.25mm, 1 = 3.5mm ;磁性平板材料電磁參數(shù)的范圍為:相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
[0036]在TE極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)有較好的頻率穩(wěn)定性，并在0°至45°的角度入射范圍內(nèi)有較好的吸波性能；當(dāng)加載周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)的斜入射性能沒有發(fā)生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時(shí)，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時(shí)帶寬為6.0GHz?10.3GHz，15°時(shí)帶寬為 6.0GHz ?10.3GHz,30° 時(shí)帶寬為 6.0GHz ?10.7GHz，45。時(shí)帶寬為 6.4GHz ?11.2GHz，60°時(shí)帶寬為16.0GHz?18.0GHz ;在加入周期性金屬線后，電磁吸波結(jié)構(gòu)在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0。時(shí)帶寬為5.2GHz?13.5GHz，15。時(shí)帶寬為5.2GHz?13.7GHz，30。時(shí)帶寬為5.2GHz?14.7GHz，45°時(shí)帶寬為5.2GHz?16.5GHz，60。時(shí)帶寬為5.9GHz?18.0GHz0相比之下，加載周期性金屬線后，在不同入射角度下，電磁吸波結(jié)構(gòu)的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強(qiáng)。
[0037]說明書已經(jīng)清楚的說明了本發(fā)明的必要技術(shù)內(nèi)容，普通技術(shù)人員能夠依據(jù)說明書實(shí)施本發(fā)明，故不再贅述更具體的技術(shù)細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，由MXN個(gè)正方形吸波單元構(gòu)成陣列，M為行數(shù)，N為列數(shù)，其特征在于，每個(gè)吸波單元包括金屬板和設(shè)置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設(shè)置有金屬線，金屬線的方向平行于吸波單元的一個(gè)邊，并且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長(zhǎng)度小于吸波單元的邊長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，a為吸波單元邊長(zhǎng)，t為電磁吸波結(jié)構(gòu)的總厚度，A為金屬線距底層金屬板的距離，I為金屬線的長(zhǎng)度，d為金屬線的直徑,上述各參數(shù)的取值范圍為:a = 3.0?5.0mm, t = 2.0mm,=0.8mm，d = 0.25mm，I = 2.8 ?4.0mm。
3.如權(quán)利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁性吸波材料的電磁參數(shù)范圍為:相對(duì)電磁參數(shù)實(shí)部范圍7.5?8.5,虛部范圍O?0.8 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部范圍1.0?3.0，虛部范圍0.3?0.9。
4.如權(quán)利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁性吸波材料為鐵鈷合金粉末與環(huán)氧樹脂按照6:1的質(zhì)量比混合制備而成。
5.如權(quán)利要求2所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，各參數(shù)的取值為:
a = 3.0mm，t = 2.0mm，= 0.8mm，d = 0.25mm，1 = 2.8mm ； 磁性吸波材料電磁參數(shù)的范圍為:相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)部為1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
【文檔編號(hào)】H05K9/00GK104320959SQ201410476246
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】鄧龍江, 張林博, 張國瑞, 周珮珩, 陸海鵬, 謝建良 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)