專利名稱：一種寬頻吸波超材料及吸波裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種吸波材料，尤其涉及一種寬頻吸波超材料及吸波裝置。
背景技術：
隨著科學技術發展的日新月異，以電磁波為媒介的各種技術和產品越來越多，電磁波輻射對環境的影響也日益增大。比如，無線電波可能對機場環境造成干擾，導致飛機航班無法正常起飛；移動電話可能會干擾各種精密電子醫療器械的工作；即使是普通的計算機，也會輻射攜帶信息的電磁波，它可能在幾公里以外被接收和重現，造成國防、政治、經濟、科技等方面情報的泄漏。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料一一吸波材料，已成為材料科學的一大課題。現有的吸波材料利用各個材料自身對電磁波的吸收性能，通過設計不同材料的組 分使得混合后的材料具備吸波特性，此類材料設計復雜且不具有大規模推廣性，同時此類材料的機械性能受限于材料本身的機械性能，不能滿足特殊場合的需求。同時此類吸波材料吸波頻點單一，不能滿足寬頻吸波效果。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出一種吸波頻率較寬的寬頻吸波超材料。本發明解決其技術問題采用的技術方案是，提出一種寬頻吸波超材料，其包括沿電磁波傳播方向依次設置的電阻層、第一基材、多個金屬貼片以及第二基材；所述電阻層貼附于第一基材表面，多個金屬貼片陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第二基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。進一步地，所述電阻層與所述金屬貼片的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第二吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。進一步地，所述電阻層電阻值為500至1000歐姆。進一步地，所述金屬貼片為實心正方形金屬貼片。進一步地，所述金屬貼片邊長為5至7毫米，相鄰金屬貼片間距為2至3毫米。進一步地，所述第一基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。進一步地，所述第二基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。進一步地，所述金屬貼片材料為銅、銀或鋁。進一步地，所述電阻屏是通過將導電油墨均勻涂覆于電阻屏板材上構成。本發明還提供一種吸波裝置，其包括金屬外殼，所述金屬外殼表面貼附有所述寬頻吸波超材料。
本發明將超材料原理與電阻屏吸波原理結合起來設計寬頻吸波超材料，通過多層基材設置達到寬頻吸波效果。


圖I為構成超材料的基本單元的立體結構示意圖；圖2為本發明寬頻吸波超材料的剖視圖；圖3為本發明寬頻吸波超材料中多個金屬貼片的結構示意圖；圖4為本發明吸波裝置的剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。 光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細節參數來描述玻璃對光線的響應。相應的，在研究材料對其他電磁波響應的時候，材料中任何尺度遠小于電磁波波長的結構對電磁波的響應也可以用材料的整體參數,例如介電常數ε和磁導率μ來描述。通過設計材料每點的結構使得材料各點的介電常數和磁導率都相同或者不同，從而使得材料整體的介電常數和磁導率呈一定規律排布，規律排布的磁導率和介電常數即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應，例如匯聚電磁波、發散電磁波、吸收電磁波等。該類具有規律排布的磁導率和介電常數的材料稱之為超材料。如圖I所示，圖I為構成超材料的基本單元的立體結構示意圖。超材料的基本單元包括人造微結構I以及該人造微結構附著的基材2。人造微結構可為人造金屬微結構，其具有對入射電磁波電場和/或磁場產生響應的平面或立體拓撲結構，改變每個超材料基本單元上的人造金屬微結構的圖案和/或尺寸，可改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應。多個超材料基本單元按一定規律排列，可使超材料對電磁波具有宏觀的響應。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應，因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應需形成連續響應，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波五分之一波長，優選為入射電磁波十分之一波長。本段描述中，將超材料整體劃分為多個超材料基本單元是一種人為的劃分方法，但應知此種劃分方法僅為描述方便，超材料既可由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，也可將人造金屬微結構周期排布于基材上構成，工藝簡單且成本低廉。周期排布即指上述人為劃分的各個超材料基本單元上的人造金屬微結構能對入射電磁波產生連續的電磁響應。本發明利用上述超材料原理在兩塊基材之間周期排布金屬貼片并一基材表面貼附電阻屏以形成Salisbury屏，結合salisbury屏和超材料以達到寬頻吸波效果。請參照圖2，圖2為本發明寬頻吸波超材料的剖視圖。圖2中，本發明寬頻吸波超材料包括沿電磁波傳播方向依次設置的電阻層10、第一基材20、多個金屬貼片30以及第二基材40。電阻層10貼附于第一基材20表面,多個金屬貼片30陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上。多個金屬貼片30陣列排布形成的結構示意圖如圖3所
/Jn ο電阻層10與第二基材40底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。由于電阻層10與第二基材40底面的垂直距離為一電磁波波長的四分之一，相對該波長對應的電磁波頻率，電阻層10構成salisbury屏，對該頻率的電磁波具有吸波效果。進一步地，電阻層10與多個金屬貼片30的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第二吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。由于電阻層10與多個金屬貼片30的垂直距離為另一電磁波波長的四分之一，相對該波長對應的電磁波頻率，電阻層10構成salisbury屏，對該頻率的電磁波具有吸波效果。可以通過調整第一基材20與第二基材40的厚度從而調整第一吸波頻率與第二吸波頻率的頻率，從而實現吸波頻率的可調。陣列排布的金屬貼片30對電磁波具有濾波效果。通過改變金屬貼片30的尺寸和間隔寬度可以改變其過濾的電磁波頻點。本發明中，金屬貼片30優選為實心正方形金屬貼片。實心正方形金屬貼片邊長優選為5至7毫米，相鄰金屬貼片間距優選為2至3毫米。 本發明中，電阻屏優選通過導電油墨將均勻涂覆于電阻屏板材上構成。通過選取不同型號的導電油墨以使得電阻屏具有不同的電阻值，本發明中，電阻屏電阻值優選為500至1000歐姆。第一基材20和第二基材40的材料優選為吸波性能較好的材料，例如鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料；為綜合考慮其機械性能和電氣性能，也可選用FR-4材料、F4B材料等。請參照圖4,圖4為將上述寬頻吸波超材料貼附于一裝置的金屬外殼50表面構成吸波裝置的結構示意圖。該裝置可以為飛行器、濾波器等各類具有金屬外殼的裝置和電子器件。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種寬頻吸波超材料，其特征在于包括沿電磁波傳播方向依次設置的電阻層、第一基材、多個金屬貼片以及第二基材；所述電阻層貼附于第一基材表面，多個金屬貼片陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第二基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。
2.如權利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻層與所述金屬貼片的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第二吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。
3.如權利要求2所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻層電阻值為500至1000歐姆。
4.如權利要求2所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述金屬貼片為實心正方形金屬貼片。
5.如權利要求4所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述金屬貼片邊長為5至7毫米，相鄰金屬貼片間距為2至3毫米。
6.如權利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第一基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。
7.如權利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第二基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。
8.如權利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述金屬貼片材料為銅、銀或招。
9.如權利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻屏是通過將導電油墨均勻涂覆于電阻屏板材上構成。
10.一種吸波裝置，其特征在于包括金屬外殼，所述金屬外殼表面貼附有權利要求I至權利要求9任一項所述的寬頻吸波超材料。
全文摘要
本發明公開一種寬頻吸波超材料，其包括沿電磁波傳播方向依次設置的電阻層、第一基材、多個金屬貼片以及第二基材；所述電阻層貼附于第一基材表面，多個金屬貼片陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第二基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應的電磁波波長的四分之一。本發明將超材料原理與電阻屏吸波原理結合起來設計寬頻吸波超材料，通過多層基材設置達到寬頻吸波效果。本發明還提供一種吸波裝置，其附著有上述寬頻吸波超材料。
文檔編號H05K9/00GK102811594SQ20121026823
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 寇超鋒, 何嘉威 申請人:深圳光啟創新技術有限公司