[發明專利]一種基于超材料和復合材料的2GHz-18GHz波段高效吸波器

在審

• 申請號: 202210735616.8
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115425426A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 李長侑;陽昶佑;孫凱;張舒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;H01Q15/00;H05K9/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 范倩

本發明公開了一種基于超材料和復合材料的2GHz?18GHz波段高效吸波器，屬于電磁吸波器技術領域。該吸波器由纖維增強層壓板、介質層、PET層和超材料層堆疊而成；纖維增強層壓板由纖維嵌在基底中構成，基底部分的橫截面為正方形，纖維部分使用SiC，玻璃等材料，橫截面為井字形；介質層所用材料和纖維增強層壓板的基底材料一致；超材料層則使用ITO導電膜，刻蝕圖案為圓環。本發明所提出的一種結合超材料和復合材料的高效吸波器通過良好的設計，可以在2GHz?18GHz的頻段內實現?20dB以上的電磁波衰減。復合材料部分通過將電磁能轉換為熱能來達到吸波效果，超材料部分通過共振來消耗電磁能，從而達到吸波效果。

技術領域

本發明涉及電磁吸波器技術領域，特別是涉及超材料和復合材料的結合設計。

現有技術

業內常用的微波吸收材料是碳纖維骨架和碳基體(碳粒、碳化硅粉等)組成的復合材料。此種類型的復合材料由于其纖維材料與基底材料均勻混合相對難以控制，難以在寬頻段實現微波吸收。同時，由碳纖維骨架和碳基體組成的復合材料因為其纖維的排列隨機性和不連續性，使得其無法預先進行材料性能設計以實現最佳的微波吸收特性。其次，由于纖維材料不能夠對材料的機械強度進行不同方向上的增強，使得其材料的結構強度仍有欠缺，實用性有所降低。由碳纖維骨架和碳基體組成的復合材料的生產工藝復雜，均勻度不佳，從而導致質量控制困難。

超材料吸波器作為21世紀迅速發展起來的新型吸波器，可實現對入射電磁波接近完美的吸收。在正常情況下，當電磁波入射到介質表面時會產生反射和透射，而超材料吸波器可以極大程度上損耗并吸收掉電磁波，從而實現零透射和近乎為零的反射。超材料吸波器的結構通常由三部分組成，類似于三明治夾層結構，頂部為具有一定形狀結構呈周期排列的單元陣列，中間為較高介電損耗的介質基板，底部為完整的地表面。

較之傳統的復合吸波材料，超材料吸波器具有厚度薄、體積小、結構簡單、吸收率高、吸收頻帶寬等優點。為了提升吸波器在微波波段的吸收帶寬和吸收率，業界普遍在諧振結構設計，介質材料選擇上追求創新突破。

從寬帶超材料吸波器的發展趨勢可以看出，隨著石墨烯、面電阻薄膜等各種新型材料的應用，寬帶超材料吸波器的吸波性能得到了提升。但是，目前現有的透明超材料吸波器還普遍存在著吸波頻帶較窄、吸收率低的缺點。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)微波吸收復合材料制造的精度要求高，但目前對吸波材料的質量控制較為困難，生產工藝較為復雜。

(2)現有復合材料在制作成成品后結構強度還有所欠缺，使得其實用性有所降低。

(3)現有超材料吸波器也存在一定的制造問題，對制造的精度要求較高，且吸波頻段一般較窄、吸收率低。

發明的目的

近年來，電磁污染、電磁干擾和信息泄漏已經成為了設計現代科學電子儀器、天線系統和軍用電子設備時需要考慮的主要因素。因此，高效電磁屏蔽材料和有效吸波材料的研究受到了廣泛的關注。其中，陶瓷材料憑借其良好的電磁波吸收性能而被廣泛用作電磁吸波材料，如SiC、Al₂O₃和MgO等。而另一類用途廣泛的電磁吸波材料則是超材料吸波器。

本專利的目的是將復合吸波材料與超材料結合，得到一種高效吸波器，一定程度上解決上述現有技術所遇到的一系列問題。吸波材料由多層纖維增強層壓板和介質板堆疊而成，所述纖維增強層壓板由以特定形式排布的連續纖維嵌入基體材料中組成。纖維一方面用于增強基體的強度，另一方面用于和基底一起達到特定吸波效果。利用這種層壓復合材料的結構模式，可以很容易地達到機械和化學要求，然后在不改變結構模式的情況下，通過確定一組設計參數，可以實現良好的微波吸收，再通過在層中加入超材料來改善復合材料在某一頻段的吸波效果，以達到寬頻、高效的微波吸收性能。

被發明的技術方案是：一種基于超材料和復合材料的2GHz-18GHz波段高效吸波器，其特征在于：