利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材料制造技術

本發明專利技術公開了一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材料。該片狀十字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為金屬銅片，中間層為ＦＲ４印刷電路板，頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為ＦＲ４印刷電路板上，每個十字形金屬銅片的四個開口端分別用電阻連接開槽縫隙。通過調整焊接電阻阻值的大小，使得片狀十字形金屬單元結構在特定工作頻率內諧振，讓吸收到的能量在電阻上消耗，同時實現與空氣的完全匹配。該吸波材料結構簡單、厚度薄、質量輕、吸波效率高、與空氣中超匹配，本發明專利技術可廣泛用于飛機隱身、艦艇隱身、雷達隱身以及坦克隱身等各種軍事領域以及電磁屏蔽，電磁防護等民用領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電磁波吸波材料，特別是涉及一種利用片狀十字形金屬單元結構 構成的超匹配吸波材料。
技術介紹
微波吸收材料，簡稱吸波材料，是一種能有效吸收入射雷達波，并使其散射大 幅度衰減的功能符合材料。新一代吸波材料要求衰減能力強、吸收頻帶寬、質輕、紅外 和微波吸收兼容以及綜合力學性能優良，其中吸波材料的主用應用領域為軍事和民用領 域。軍事隱身領域是吸波材料最重要的應用領域。隨著軍事高新技術的飛速發展， 世界各國的防御體系的探測跟蹤、攻擊能力越來越強。陸、海、空各兵種地面軍事目 標的生存能力以及武器系統的突防能力日益受到嚴重威脅，為此，必將大力發展隱身技 術。隱身技術分為外隱形和材料隱身兩個方面，其中材料隱形就是指在軍事目標上大量 使用吸波材料來衰減入射雷達波，減小雷達散射截面，也就是雷達隱身技術。雷達隱身 技術是現代電子戰的一項重要內容，其中雷達隱身材料是應用最廣泛的一種方法。雷達 吸波材料(RadarAbsorbingMaterial)能有效吸收入射電磁波，并將其能量轉化成熱量而損 耗掉，可以減小電磁波反射能量，已經廣泛應用于飛行器隱身及電子設備抗干擾。這必 將促進吸波材料的應用和發展。目前，吸波材料已廣泛應用在飛機隱身艦船隱身、飛行 導彈隱身以及坦克隱身等領域。民用領域也逐步成為吸波材料新的應用領域，主要包絡微波暗室材料的應用， 電磁防護材料、建筑吸波材料。從工程應用角度來看，吸波材料應具有厚度薄、重量輕、吸收頻帶寬、易于施 工和價格便宜等特點，所以實現超薄吸波材料一直是國內外學者的研究目標。為了獲得 性能優異的吸波材料，世界各國都在致力于開發新型吸波機制的吸波材料。國外學者提 出采用光子晶體實現超薄吸波結構，N. Engheta首次提出用metamaterial來獲得超薄吸 收材料的思想.J，D. J. Kem等人用含損耗的頻率選擇表面(HZFSS)實現了超薄寬帶 吸收材料，但設計方法較為復雜，很難在實際中得到應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材 料，利用電磁波在片狀十字形金屬單元結構的諧振效應，通過焊接電阻的方式引入損 耗，同時適當調整片狀十字形金屬單元結構的尺寸，使得諧振時里面的電磁能量被電阻 消耗同時保證片狀十字形金屬單元結構的等效相對介電常數和相對磁導率保持相等，這 樣就實現了超高吸波性能得同時保持與空氣的超匹配。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是片狀十字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為金屬銅片，中間層為FR4印刷電路板，頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板上， 每個十字形金屬銅片的四個開口端分別用電阻連接開槽縫隙。所述的FR4印刷電路板的厚度為3mm。所述的多個開槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板 上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個開槽片狀十字形金屬銅片的厚度為0.035mm，長 度為29mm，寬度為2mm，開槽片狀十字形金屬銅片中間垂直開兩條縫隙槽，縫隙寬度 均為Imm0本專利技術與
技術介紹
相比具有的有益效果是1)本專利技術結構簡單，厚度薄，質量輕只加一層簡單的開槽片狀十字形金屬銅片， 其余均為常見材料。2)本專利技術吸波能量強，匹配性能好經過實驗驗證，該吸波材料在工作頻帶內 最高的吸收率為36dB，而且與空氣完全匹配。3)本專利技術結構多變，針對不同的隱身對象設計不同的形狀和大小以完全覆蓋隱 身物體。本專利技術可廣泛用于飛機隱身、艦艇隱身、雷達隱身以及坦克隱身等各種軍事領 域以及電磁屏蔽，電磁防護等民用領域。附圖說明圖1是片狀十字形金屬單元結構示意圖。圖2是整體吸波材料示意圖。圖中1.金屬銅片，2.FR4印刷電路板，3.開槽片狀十字形金屬銅片，4.電阻。 具體實施例方式下面將結合附圖和實例施對本專利技術作進一步的說明。如圖1、圖2所示，本專利技術的片狀十字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為 金屬銅片1，中間層為FR4印刷電路板2，頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片3等間隔 排列在中間層為FR4印刷電路板2上，每個十字形金屬銅片3的四個開口端分別用電阻4 連接開槽縫隙。入射到該結構上的電磁波，在里面產生磁諧振和電諧振，當調節開槽片 狀十字形金屬銅片3的尺寸時，可以實現在某個頻率時候該金屬單元的等效相對介電常 數和相對磁導率相等，同時又有較大的虛部。這樣就實現了超匹配吸波。電阻4的阻值 為4.9k歐姆，連接開槽縫隙，作用為引入電阻可以將諧振時流過電阻的能量轉化為熱能 損耗。所述的FR4印刷電路板2的厚度為3mm，相對介電常數為4.6，損耗正切為 0.02.，相對磁導率為1。主要作用為支撐開槽片狀十字形金屬銅片。所述的多個開槽片狀十字形金屬銅片3等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板2 上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個開槽片狀十字形金屬銅片3的厚度為0.035mm， 長度為29mm，寬度為2mm，開槽片狀十字形金屬銅片3中間垂直開兩條縫隙槽，縫隙寬 度均為1mm。本專利技術的工作原理是該片狀十字形金屬單元結構在電磁波垂直入射到上面時，上面的開槽片狀 十字形金屬銅片與底層的金屬銅一起作用會產生電諧振和磁諧振，使得該金屬單 元結構可以等效為均勻介質。其等效的相對介電常數和相對磁導率可以表示為權利要求1.一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材料，其特征在于片狀十 字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為金屬銅片(1)，中間層為FR4印刷電路板(2)，頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片(3)等間隔排列在中間層為FR4印刷電路 板(2)上，每個十字形金屬銅片(3)的四個開口端分別用電阻(4)連接開槽縫隙。2.根據權利要求1所述的一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材 料，其特征在于所述的FR4印刷電路板(2)的厚度為3mm。3.根據權利要求1所述的一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材 料，其特征在于所述的多個開槽片狀十字形金屬銅片(3)等間隔排列在中間層為 FR4印刷電路板(2)上，其橫向與縱向周期均為30mm，每個開槽片狀十字形金屬銅片(3)的厚度為0.035mm，長度為29mm，寬度為2mm，開槽片狀十字形金屬銅片(3) 中間垂直開兩條縫隙槽，縫隙寬度均為1mm。全文摘要本專利技術公開了一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材料。該片狀十字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為金屬銅片，中間層為FR4印刷電路板，頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片等間隔排列在中間層為FR4印刷電路板上，每個十字形金屬銅片的四個開口端分別用電阻連接開槽縫隙。通過調整焊接電阻阻值的大小，使得片狀十字形金屬單元結構在特定工作頻率內諧振，讓吸收到的能量在電阻上消耗，同時實現與空氣的完全匹配。該吸波材料結構簡單、厚度薄、質量輕、吸波效率高、與空氣中超匹配，本專利技術可廣泛用于飛機隱身、艦艇隱身、雷達隱身以及坦克隱身等各種軍事領域以及電磁屏蔽，電磁防護等民用領域。文檔編號H05K9/00GK102026531SQ201010599688公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日專利技術者冉立新, 葉德信, 皇甫江濤 申請人:浙江大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用片狀十字形金屬單元結構構成的超匹配吸波材料，其特征在于：片狀十字形金屬單元結構由三層材料組成，底層為金屬銅片（１），中間層為ＦＲ４印刷電路板（２），頂層為多個開槽片狀十字形金屬銅片（３）等間隔排列在中間層為ＦＲ４印刷電路板（２）上，每個十字形金屬銅片（３）的四個開口端分別用電阻（４）連接開槽縫隙。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉德信，皇甫江濤，冉立新，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]