[發明專利]一種頻率可調的低頻化超材料吸波體

在審

• 申請號: 201710842810.5
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107623191A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 王威;宋耀良;范事成
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;H05K9/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 王瑋

技術領域

本發明屬于超材料技術領域，具體是一種吸收率高、吸波頻點可調、吸波頻點低、尺寸小、結構柔軟的超材料吸波體。

背景技術

超材料是一種新型人工電磁材料，可以實現負折射、完美透鏡等一系列奇異的電磁特性。自從電磁超材料能夠同時實現負的介電常數和負的磁導率之后，這種具有超常特性的所謂“超材料”在固體物理、材料科學、光學和應用電磁學領域內受到了科學及工程應用領域的廣泛關注。特別在電磁吸波領域，由于具有高吸收、超薄、小型化和頻率選擇性等優勢，使得超材料吸波體受到極大的關注。隨著對超材料吸波體研究的不斷深入，吸波體工作頻率范圍也越來越廣，從最初的的THz波段逐漸向低頻段發展。而低頻率的吸波材料一直是軍事領域和電磁防護領域的迫切需求，尤其是通過薄和輕的材料來實現電磁波在低頻段的高吸收是吸波材料研制的一大難題。

目前超材料吸波體使用的降低吸波主頻的方法主要是在現有的結構基礎上進行擴大。這種方法取得了一定的效果，但是因采用設計方法的局限性，并沒有從根本上解決問題。另外，超材料吸波體為了滿足各類應用需求，需要其能在一定范圍內頻率可調，并且能夠改變吸波體的形狀以適應各種類型的表面覆蓋。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超材料吸波體，吸收率高、吸波頻點可調、吸波頻點低、結構尺寸小、結構柔軟。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種頻率可調的低頻化超材料吸波體，吸波單元包括介質基板和緊貼于介質基板下表面的金屬底板，在所述介質基板的上表面貼附有 2階hilbert分形曲線形狀的金屬片，所述的2階hilbert分形曲線形狀的金屬片關于中線對稱。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：（1）吸收率高：本發明的吸波體在吸收頻點處的吸波率在99%以上，幾乎完美吸收了電磁波。（2）吸波頻點可調：本發明的吸波體通過調節2階hilbert分形曲線線寬可以實現從480MHz-2200MHz頻帶內任何一點的完美吸收。（3）在吸收頻點較低的情況下結構尺寸小：本發明的吸波體單元結構尺寸遠遠小于吸波頻點處的波長，最低能達到波長的1/50。

（4）可塑性較強：本發明的介質基板采用的是柔性的聚四氟乙烯基板，其物理性質較軟，容易貼合在一些不規則的表面上。

附圖說明

圖1是本發明超材料吸波體的吸波單元三維結構示意圖。

圖2是圖1的主視圖。

圖3是圖2分形曲線的上半部分各節點分布示意圖。

圖4是圖1的側視圖。

圖5是本發明超材料吸波體表面分形曲線線寬為1mm時的反射率和吸收率仿真結果圖。

圖6是本發明超材料吸波體表面分形曲線線寬分別為1.11mm，1.13mm，1.15mm，1.17mm，1.19mm時的吸收率仿真結果圖。

圖7是本發明超材料吸波體表面分形曲線線寬為1.199mm時的吸收率仿真結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本發明超材料吸波體為無限周期結構。每個單元結構如圖1、2、3、4所示，包括介質基板2和緊貼于介質基板2下表面的金屬底板3，在介質基板2的上表面貼附有2階hilbert分形曲線形狀的金屬片1。

所述2階hilbert分形曲線關于中線對稱。

所述采用有損耗的聚四氟乙烯介質基板，基板性質較軟，其介電常數為，損耗角正切為。

所述底層金屬底板3和頂層金屬片1都采用金屬銅，其電導率為 。

作為實施例，所述每個單元的三層結構各尺寸參數如下：晶格常數，分形曲線各點坐標（以正方形中心點為坐標原點）為m₁(-5.7,5.7)，m₂(-5.7,1.9)，m₃(-1.9,1.9)，m₄(-1.9,5.7)，m₅(5.7,5.7)，m₆(5.7,1.9)，m₇(1.9,1.9)，m₈(1.9,0)。單位為mm，線寬d為1 mm，分形曲線和金屬底板的厚度為0.02mm，介質基板厚度為1.0mm。

圖5為本發明超材料吸波體表面分形曲線線寬為1mm時，超材料吸波體對垂直入射的電磁波的吸收率和反射率曲線。在2.2GHz處，對電磁波的吸收率達到了99%，此時吸波結構和自由空間阻抗完美匹配，超材料吸波體將入射電磁波的能量留在吸波體內，并通過金屬的歐姆損耗和介質板的介電損耗將留住的電磁能量轉化為熱能耗散掉。