改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構的製作方法

2023-05-02 00:37:36 2

改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構的製作方法
【專利摘要】改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，屬於電子材料【技術領域】，特別涉及電磁吸波結構及其方法。本發明由M×N個正方形吸波單元構成陣列，M為行數，N為列數，M和N皆為大於2的自然數，每個吸波單元包括金屬板和設置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設置有金屬線，金屬線的方向平行於吸波單元的一個邊，並且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長度小於吸波單元的邊長。本發明在減小或者增加電磁吸波結構厚度的情況下，都能夠拓展吸波結構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構

【技術領域】
[0001]本發明屬於電子材料【技術領域】，特別涉及電磁吸波結構及其方法。

【背景技術】
[0002]新世紀信息化戰爭的需求極大地促進了隱身技術的發展。作為現代化戰爭中取勝的關鍵技術之一，隱身技術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，改變作戰雙方的力量對比。而當今時代，電子產品日益普及、電磁輻射幾乎無處不在，電磁「汙染」問題諸如電磁幹擾和電磁兼容等已經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人體進行防護，可以有效抵擋電磁「汙染」這一「隱形殺手」對我們的生存空間所造成的巨大汙染。在眾多電磁吸波材料中，結構型電磁吸波材料的應用越來越廣泛。
[0003]電磁吸波結構是一種新型多功能複合材料，具有針對性強、吸波性能好、質量輕、力學性能滿足承載要求等優點，已成為當代隱身技術重要的發展方面。電磁吸波結構不但在較寬頻帶內具有良好的吸波性能，而且具有耐高溫、質量輕、耐溼熱、抗腐蝕等熱點。隨著探測系統性能的提高，對隱身性能的要求更高，相應地對電磁吸波結構提出了更高的性能要求。但是目前大部分電磁吸波結構(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，對於電磁吸波結構在斜入射下的吸波性能研究卻很少。同時，現有已發表的能夠改善斜入射性能的吸波結構，其厚度較厚，不滿足隱身技術向「寬、輕、薄、強」的目標發展，且無法很好的得到兩種線性極化(TE極化和TM極化)下結構的吸波效果同時良好。因此，在不改變材料和結構厚度的前提下，開展多種結構形式綜合的電磁吸波結構的斜入射性能探索研究是急需解決的技術問題。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種電磁吸波結構，在不同角度入射下，兩種極化方式都能夠拓展結構的應用頻段以及達到很好的吸波效果。
[0005]本發明解決所述技術問題採用的技術方案是，改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，由MXN個正方形吸波單元構成陣列，M為行數，N為列數，M和N皆為大於2的自然數，每個吸波單元包括金屬板和設置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設置有金屬線，金屬線的方向平行於吸波單元的一個邊，並且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長度小於吸波單元的邊長。
[0006]進一步的說，a為吸波單元邊長，t為電磁吸波結構的總厚度，h為金屬線距底層金屬板的距離，I為金屬線的長度，d為金屬線的直徑，上述各參數的取值範圍為: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範圍為:相對電磁參數實部範圍7.5?8.5,虛部範圍O?0.8 ;相對磁導率實部範圍1.0?3.0，虛部範圍0.3?0.9。
[0008]所述磁性吸波材料為鐵鈷合金粉末與環氧樹脂按照6:1的質量比混合製備而成。
[0009]本發明具有如下優點:
[0010]1.吸波平板材料製作工藝簡單成熟、可操作性強、成本較低；
[0011]2.在減小或者增加電磁吸波結構厚度的情況下，都能夠拓展吸波結構在不同入射角度下的吸波頻段；
[0012]3.入射角度在0°至45°範圍內，金屬線的加載對TE極化方式下電磁吸波結構的吸波性能無影響；
[0013]4.入射角度在0°至75°的範圍內，金屬線的加載改善了電磁吸波結構在TM極化方式下的吸波性能；
[0014]5.通過合理調整周期性金屬線的長度、直徑和所在位置，該方法同樣適合於其它類似的電磁吸波結構。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的磁性平板的相對電磁參數曲線圖。
[0016]圖2是三個周期單元的側面示意圖。
[0017]圖3是本發明整體結構示意圖。
[0018]圖4是加載金屬線之前，電磁吸波結構在TE極化方式下的S11曲線圖。
[0019]圖5是加載金屬線之後，電磁吸波結構在TE極化方式下的S11曲線圖。
[0020]圖6是加載金屬線之前，電磁吸波結構在TM極化方式下的S11曲線圖。
[0021]圖7是加載金屬線之後，電磁吸波結構在TM極化方式下的S11曲線圖。

【具體實施方式】
[0022]參見圖1?7。
[0023]本發明底層為金屬平板，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氧樹脂按照6:1的質量比製備而成，電磁參數變化範圍為:相對電磁參數實部範圍7.5?8.5，虛部範圍O?0.8 ;相對磁導率實部範圍1.0?3.0，虛部範圍0.3?0.9。
[0024]為了便於描述，將本發明視為由MXN個正方形吸波單元構成的陣列，M為行數，N為列數，每個吸波單元包括金屬板10和設置在金屬板上的磁性吸波材料層12，磁性吸波材料層12中設置有金屬線11，金屬線的方向平行於吸波單元的一個邊，並且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長度小於吸波單元的邊長。所有吸波單元的金屬板實際上可以是一塊整板，磁性吸波材料層也可以是一個整體，依據金屬線的分布劃分為各個單元。
[0025]實施例1:
[0026]一種電磁吸波結構，在2.0mm厚的磁性吸波材料內部嵌入周期性金屬銅直導線。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的範圍為:相對介電常數實部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對磁導率實部為
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，電磁吸波結構有較好的頻率穩定性，並在0°至45°的角度入射範圍內有較好的吸波性能；當加載周期性金屬線後，電磁吸波結構的斜入射性能沒有發生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時，電磁吸波結構在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為7.3GHz?12.9GHz，15°時帶寬為 7.3GHz ?13.0GHz,30° 時帶寬為 7.3GHz ?13.5GHz，45。時帶寬為 7.5GHz ?14.9GHz，60°時帶寬為OGHz ;在加入周期性金屬線後，電磁吸波結構在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為6.0GHz?15.7GHz，15°時帶寬為6.0GHz?15.9GHz，30 °時帶寬為5.9GHz ?17.0GHz，45° 時帶寬為 5.8GHz ?18.0GHz，60。時帶寬為 6.0GHz ?18.0GHz。相比之下，加載周期性金屬線後，在不同入射角度下，電磁吸波結構的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強。
[0028]實施例2:
[0029]本實施例是在2.0mm厚的磁性吸波材料內部嵌入周期性金屬銅直導線。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的範圍為:相對介電常數實部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對磁導率實部為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，電磁吸波結構有較好的頻率穩定性，並在0°至45°的角度入射範圍內有較好的吸波性能；當加載周期性金屬線後，電磁吸波結構的斜入射性能沒有發生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時，電磁吸波結構在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為7.3GHz?12.9GHz，15°時帶寬為 7.3GHz ?13.0GHz,30° 時帶寬為 7.3GHz ?13.5GHz，45。時帶寬為 7.5GHz ?14.9GHz，60°時帶寬為0GHz，75°時帶寬為OGHz ;在加入周期性金屬線後，電磁吸波結構在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為5.7GHz?8.3GHz和12.1GHz?18.0GHz, 15。時帶寬為 5.7GHz ?8.6GHz 和 11.6GHz ?18.0GHz, 30° 時帶寬為 5.6GHz ?18.0GHz, 45°時帶寬為5.6GHz?18.0GHz，60°時帶寬為5.8GHz?18.0GHz, 75°時帶寬為8.7GHz?
11.6GHz。相比之下，加載周期性金屬線後，在不同入射角度下，電磁吸波結構的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強。
[0031]實施例3:
[0032]一種電磁吸波結構，是在1.8mm厚的磁性吸波材料內部嵌入周期性金屬銅直導線。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的範圍為:相對介電常數實部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對磁導率實部為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，電磁吸波結構有較好的頻率穩定性，並在0°至45°的角度入射範圍內有較好的吸波性能；當加載周期性金屬線後，電磁吸波結構的斜入射性能沒有發生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時，電磁吸波結構在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:在加入周期性金屬線後，電磁吸波結構在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為7.3GHz?13.1GHz，15°時帶寬為7.3GHz?13.1GHz，30。時帶寬為 7.3GHz ?13.8GHz，45。時帶寬為 7.3GHz ?14.9GHz，60 ° 時帶寬為10.0GHz?14.9GHz ;0°時帶寬為5.8GHz?16.8GHz，15 °時帶寬為5.8GHz?17.2GHz，30。時帶寬為 5.8GHz ?18.0GHz，45。時帶寬為 5.6GHz ?18.0GHz，60。時帶寬為5.9GHz?18.0GHz0相比之下，加載周期性金屬線後，在不同入射角度下，電磁吸波結構的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強。
[0034]實施例4:
[0035]一種電磁吸波結構，是在2.4mm厚的磁性吸波材料內部嵌入周期性金屬銅直導線。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的範圍為:相對介電常數實部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對磁導率實部為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，電磁吸波結構有較好的頻率穩定性，並在0°至45°的角度入射範圍內有較好的吸波性能；當加載周期性金屬線後，電磁吸波結構的斜入射性能沒有發生變化。在TM極化方式下，沒有加載周期性金屬線時，電磁吸波結構在不同入射角度下的-1OdB帶寬如下:0°時帶寬為6.0GHz?10.3GHz，15°時帶寬為 6.0GHz ?10.3GHz,30° 時帶寬為 6.0GHz ?10.7GHz，45。時帶寬為 6.4GHz ?11.2GHz，60°時帶寬為16.0GHz?18.0GHz ;在加入周期性金屬線後，電磁吸波結構在不同入射角度下-1OdB帶寬如下:0。時帶寬為5.2GHz?13.5GHz，15。時帶寬為5.2GHz?13.7GHz，30。時帶寬為5.2GHz?14.7GHz，45°時帶寬為5.2GHz?16.5GHz，60。時帶寬為5.9GHz?18.0GHz0相比之下，加載周期性金屬線後，在不同入射角度下，電磁吸波結構的-1OdB吸收帶寬和吸波性能都得到了加強。
[0037]說明書已經清楚的說明了本發明的必要技術內容，普通技術人員能夠依據說明書實施本發明，故不再贅述更具體的技術細節。
【權利要求】
1.改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，由MXN個正方形吸波單元構成陣列，M為行數，N為列數，其特徵在於，每個吸波單元包括金屬板和設置在金屬板上的磁性吸波材料層，磁性吸波材料層中設置有金屬線，金屬線的方向平行於吸波單元的一個邊，並且所有的吸波單元中的金屬線方向相同，金屬線的長度小於吸波單元的邊長。
2.如權利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，其特徵在於，a為吸波單元邊長，t為電磁吸波結構的總厚度，A為金屬線距底層金屬板的距離，I為金屬線的長度，d為金屬線的直徑,上述各參數的取值範圍為:a = 3.0?5.0mm, t = 2.0mm,=0.8mm，d = 0.25mm，I = 2.8 ?4.0mm。
3.如權利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，其特徵在於，所述磁性吸波材料的電磁參數範圍為:相對電磁參數實部範圍7.5?8.5,虛部範圍O?0.8 ;相對磁導率實部範圍1.0?3.0，虛部範圍0.3?0.9。
4.如權利要求1所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，其特徵在於，所述磁性吸波材料為鐵鈷合金粉末與環氧樹脂按照6:1的質量比混合製備而成。
5.如權利要求2所述的改善斜入射性能的金屬線加載型電磁吸波結構，其特徵在於，各參數的取值為:
a = 3.0mm，t = 2.0mm，= 0.8mm，d = 0.25mm，1 = 2.8mm ； 磁性吸波材料電磁參數的範圍為:相對介電常數實部為7.7?8.4，虛部為0.1?0.7 ;相對磁導率實部為1.2?3.0，虛部為0.6?1.1。
【文檔編號】H05K9/00GK104320959SQ201410476246
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】鄧龍江, 張林博, 張國瑞, 周珮珩, 陸海鵬, 謝建良 申請人:電子科技大學