[发明专利]一种超薄宽带吸波超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料微波吸收技术领域，具体涉及一种超薄宽带吸波超材料。

背景技术

吸波材料是指能够吸收入射到其表面上的电磁波的大部分能量，并将这些能量转化为其它形式的能量而几乎没有发生反射的一类材料。随着吸波材料在隐身技术、保温节能以及人体防护等方面的广泛应用，其发展同时面临着许多新的挑战，包括在现有技术基础上的超薄化和宽带化难题。区别于常规材料，超材料的物理属性不是主要取决于其内部的化学成分，而是取决于其内部的具体超材料结构，这些人造结构的功能类似自然界常规材料的原子和分子，即具有区别于其材料本身功能的特点。目前电磁超材料大多是由亚波长阵列构成，它可以用介电常数和磁导率来描述其电磁特性。通过调节电磁波与亚波长阵列的相互作用，它们能够产生奇异的物理特性，这些特性是自然材料和化学合成材料所没有的，故把此类材料称为超材料。

基于超材料结构的吸波材料作为一种新型吸波材料，可以根据需要的频段进行不同尺寸的设计，灵活性较强，但吸收带宽一般都较窄，达不到宽带所需的应用要求。

为了拓展超材料的吸波带宽，最近几年发展了两种新颖的方法：其中一种方法是在微波频段整合集总元件到超材料中。集总元件的加入，使该结构超材料90%以上吸收率的带宽达到1.5GHz。另一种方法是在同一个基底的上面堆积多层结构，吸收电磁波的原理是谐振式吸收。在一定的频率电磁波的激励下，吸波材料的某一部分的电磁场谐振然后被该部分吸收在一个较小的频率，并且随着频率的增加，发生谐振的位置逐渐移动。在这样的谐振模式下，电磁谐振都存在。这种多层结构虽然吸收带宽很宽，但是它的吸收带宽几乎是正比于吸波材料厚度，不能满足吸波材料超薄化的要求。与上面的两种方法比较，在超材料面积相等的情况下，该技术的吸收带宽是相对较宽的。虽然增加集总的电容和电阻的方法是新颖和适用的方法，但使用该方法不利于实际生产制造。对于太赫兹、红外以及光波频段，吸波超材料的结构越来越小，这种加入集总元件来拓展带宽的方法更加不适合。

发明内容

本发明针对现有的吸波材料在材料本身厚度以及吸波带宽等方面的不足，提出了一种基于超材料结构的超薄宽带吸波超材料。

本发明的技术方案是：一种超薄宽带吸波超材料，其特征在于，包括层叠在一起的至少两层介质板，所述层叠在一起的介质板中，位于顶层的介质板的上表面覆盖有一层匹配层，位于底层的介质板的下表面覆盖有一层金属地板，各层介质板的上表面还包括一层非闭合环形金属层，所述位于不同介质板上的非闭合环形金属层具有相同的形状和互不相同的尺寸，并按金字塔结构分排布，其中尺寸最大的非闭合环形金属层位于底层介质板上。

进一步的，所述非闭合环形金属层形状为正方形环，在其中一对对角点上包括两个开口，相邻介质板上的非闭合环形金属层的开口位置分别位于不同对角点上。

进一步的，所述吸波超材料包括三层介质板。

本发明的有益效果在于，吸波超材料通过改变每层结构的电磁参数（介电常数和磁导率）从而改变反射和折射波的相位，使最后的反射波和入射波相消从而达到电磁波被超材料所吸收了一样的效果。每层电磁参数的改变是通过其中金属结构环的尺寸来调节。采用了三个介质板，三个金属环和一块金属地板组成的超材料结构，以及一块匹配层。实现了宽带吸波材料的超薄化。

附图说明

图1本发明的具体实施例的立体结构透视图；

图2为图1所示实施例的吸波材料的剖视图；

图3为图1所示实施例的吸波材料的俯视方向透视图；

图4为图1所示实施例的吸波材料对不同频率电磁波的吸收关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例的一种超薄宽带吸波超材料作进一步详述。