一種嵌入式復合超材料吸波體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種復合超材料吸波體。
【背景技術】
[0002]低頻電磁輻射會導致白內障、聽力衰退、脫發、心血管疾病、抑郁癥、自殺和神經退行性疾病，通過吸波材料吸收殘余輻射微波，可以有效降低電磁波的輻射強度，防止大范圍輻射對生命健康的危害。同時在軍事領域中，低頻段的分米波可以用來偵查樹木、泥土、偽裝網遮蔽的目標體，通過吸波材料對低頻微波的吸收，對于反偵察具有重要的現實意義。厚度薄，吸收帶寬寬是吸波材料發展的趨勢之一，而寬帶吸波特別是在X波段，在軍用隱身、艦艇偽裝具有重要國防意義。
[0003]現有的吸波材料在X band在超薄條件下，可以實現寬帶強吸收，但是其實現低頻吸收，依然需要較厚才可以實現，主要由于磁性吸波材料的頻散受snoke限制，難以實現頻散的任意可調，因此需要引進其它機制調控磁性材料低頻吸波。
[0004]超材料是一種人造周期性結構，具有亞波長尺寸(一般為工作波長的十分之一左右)。超材料性能的表現取決于自身材料的電磁特性、以及超材料圖案化構象，利用超材料圖案化構象可以實現對材料電磁頻散任意可調，可以設計一些傳統材料不具備的特性，如“介電近零、磁導率近零”，這種奇異特性的產生，主要是基于超材料諧振。
[0005]基于超材料的諧振，超材料在較薄的狀況下可以實現完美吸收，但是其諧振對頻率的作用范圍小，導致其吸收帶寬過窄。超材料吸收帶寬的拓展，成為超材料吸波設計的瓶頸。拓寬超材料吸收帶寬的方法，主要基于阻抗漸變疊加原理(面內復合、縱向復合)，這類復合結構往往過于復雜，同時在平面內復合，由于超材料之間的耦合作用，導致其拓寬有限，所以拓寬超材料吸波主要依靠縱向復合，最為典型的“金字塔”，若實現低頻寬帶吸收，不可避免增加其厚度。所以通過一些特殊性的材料，如“電阻膜、磁性材料、半導體材料”引入來實現對其諧振的調控或者增大其影響范圍。基于電阻膜復合的超材料吸波體，通過增加歐姆損耗，利用方阻本身對極化和入射角不明感特性，可以實現寬頻吸收。但是，基于電阻膜本身的超材料，依然受限于Salisbury屏限制，所以厚度較厚。近來，雖然有人提出了基于電阻膜相干吸收原理，提出了超薄狀況下實現50%吸收，以及通過兩束相干光實現了100%吸收，但由于受到相干源的限制，所以很難實現。
[0006]以上分析表明，對于尚頻吸波而目，相對與其它材料，現有吸波材料具有明顯的厚度優勢。但是在低頻段，吸波材料、電阻膜依然需要較厚才可以實現。而強諧振型的平面型超材料，超薄的狀況下在低頻，可以實現諧振吸收，但是其吸收峰較弱、同時縫寬窄，吸收帶寬拓展依然無法擺脫厚度局限。

【發明內容】

[0007]本發明目的在于提供一種高低兼顧、寬帶超薄嵌入式復合超材料吸波體，從而解決現有磁性吸波材料低頻吸波厚度過厚、無法同時兼顧高低頻的問題。
[0008]為解決上述問題，采用技術方案如下:
[0009]—種嵌入式復合超材料吸波體，其組成為周期性單元結構；
[0010]所述的單元結構由介電基超結構、圖案化吸波材料、金屬背板構成；
[0011]所述的介電基超結構由金屬圖案和介電基體構成；
[0012]所述的圖案化吸波材料與所述介電基超結構無縫隙契合，嵌入在金屬圖案下的介電基體中形成嵌套結構，然后與金屬背板上下復合構成一個單元結構。
[0013]按上述方案，所述的金屬圖案是條類或環類圖案；所述的條類是切線、十字、工字形或者它們的變體；所述的環類是開口環、方環、圓環或者它們的變體。
[0014]所述的圖案化吸波材料厚度為2mm。
[0015]本發明結構主要由3種部分構成，由上到下依次為:金屬圖案、嵌套結構、金屬背板。其中嵌套結構包括圖案化介電基體、圖案化吸波材料。
[0016]本發明有益效果在于:
[0017]通過超材料與吸波材料在同一薄層內相互嵌套的方式發展了一種新型的復合超材料形式，不但可以保持較薄的材料厚度，還能同時發揮兩種材料的優勢，實現多個頻帶的強吸收。
[0018]利用基于圖案化介電基體上的金屬圖案可以在超薄狀態下實現低頻諧振吸收，利用圖案化吸波材料可以在高頻實現寬帶吸波。
[0019]通過嵌入式結構設計，巧妙解決了現有的吸波材料在超薄狀態下低頻吸波性能差，同時最大程度的保留磁性吸波材料高頻性能，同時為今后實現超薄兼顧低頻超寬帶吸波體、智能可調吸波、超薄超低頻吸波設計提供全新的設計思路和方法。
【附圖說明】
[0020]圖1:環形嵌入復合超材料吸波體單元結構立體示意圖；
[0021]圖2:環形嵌入復合超材料吸波體單元結構俯視圖及剖視圖；
[0022]圖3:環形嵌入復合超材料吸波體選用吸波材料電磁參數圖；
[0023]圖4:環形嵌入復合超材料吸波體擬合吸收性能圖及實測吸收性能圖；
[0024]圖5:環形嵌入復合超材料吸波體單元的介電基超結構剖視圖；
[0025]圖6:環形嵌入復合超材料吸波體的介電基超結構擬合吸收性能圖及實測吸收性能圖；
[0026]圖7:環形嵌入復合超材料吸波體單元的圖案化吸波材料俯視圖及剖視圖；
[0027]圖8:環形嵌入復合超材料吸波體的圖案化吸波材料擬合吸收性能圖及實測吸收性能圖；
[0028]圖9:環形、切線形、十字形嵌入復合超結構吸波體的圖案化吸波材料電磁參數；
[0029]圖10:圓環形嵌入復合超材料吸波體單元結構的俯視圖及剖視圖；
[0030]圖11:圓環形嵌入復合超材料吸波體單元結構的擬合吸波性能圖；
[0031]圖12:切線形嵌入復合超材料吸波體單元結構的俯視圖及剖視圖；
[0032]圖13:切線形嵌入復合超材料吸波體單元結構的擬合吸波性能圖；
[0033]圖14:十字形嵌入復合超材料吸波體單元結構的俯視圖及剖視圖；
[0034]圖15:十字形嵌入復合超材料吸波體單元結構的擬合吸波性能圖；
[0035]其中，1-金屬圖案；2_介電基體；3_金屬背板；4_圖案化吸波材料。
【具體實施方式】
[0036]以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。
[0037]本發明嵌入式復合超材料吸波體，其組成為周期性單元結構；單元結構由介電基超結構、圖案化吸波材料、金屬背板構成；介電基超結構由金屬圖案和介電基體構成；圖案化吸波材料與所述介電基超結構無縫隙契合，嵌入在金屬圖案下的介電基體中，并與金屬背板上下復合構成一個單元結構。
[0038]金屬圖案主要是一些條類的金屬圖案，如切線、十字形、工字形以及一些類似圖案的變體；金屬圖案還可以是一些環類的圖案，如:開口環、方環、圓環等。實施例主要針對方環金屬圖案的嵌入式復合吸波體進行仿真設計與實測，同時介紹經典圓環、切線型、十字形的仿真設計結果。由于介電基體超結構其介質具有一定介電常數，這里主要以FR-4介質(介電參數為:er = 4.3(l-10.025))加以說明。
[0039]實施例1
[0040]方環形嵌入復合超材料吸波體單元(CMA)，其結構示意圖如圖1所示，由上到下依次為:金屬圖案1、嵌套結構、金屬背板3，其中嵌套結構包括圖案化介電基體3、圖案化吸波材料4。圖2為圖1所示結構的俯視圖及剖視圖。該復合超結構上層為金屬圖案，其材料為銅，電導率為5.8X 107s/m，厚度為0.017mm，形狀為方環，環的大小為18mm，線寬為0.2_。中間層由方方環形介電基體、圖案化吸波材料構成，圖案化吸波材料嵌入在方環形介電基中。圖1中方環形介電基體材料為FR-4，其介電參數為4.3(l-10.025)，厚度為h = 2mm，方環的外輪廓邊長為a = 18.2mm，內輪廓邊長為b = 15.6mm ;圖案化吸波材料為立方塊，其厚度為2臟，邊長為b = 15.6mm,吸波材料的電磁參數如圖3所示。將方環形介電基超結構(SR)通過機械嵌入復合插入圖案化