[发明专利]基于微米尺度周期单元的电路模拟吸收体

说明书

本发明提出了一种基于微米尺度周期单元的电路模拟吸收体，包括底板、设置在底板上的介质层以及在介质层上二维等间距排布的周期结构单元，所述底板为金属膜或者金属栅格；所述介质层为单层或多层；所述周期结构单元的谐振频率在吸收频带的带外高频。本发明在同等小型化尺度条件下，可以获得较大的相对带宽。

技术领域

本发明属于频率选择表面技术领域和电磁吸收体技术，具体为一种基于微米尺度周期单元的电路模拟吸收体。

背景技术

电磁吸收体指能吸收并衰减入射的电磁波，并且使电磁能量转化为其他形式的能量损耗掉的一种功能材料。随着科技的发展，电磁吸收体的需求正在不断增长。电磁吸收体在军事应用中起着关键作用，主要用于减少飞机，船舶，坦克等目标的雷达特征。除了隐形和伪装应用之外，电磁吸收体还被用于减少安装在同一平台上的电路元件之间的电磁干扰。因此，电磁吸收体的研究具有重要意义。

前人在电磁吸收体的研究中已经取得了许多成果，Salisbury屏就是其中一种，它是通过在金属地板前四分之一波长处放置一块电阻板构成，具有结构简单的优点，但是带宽很窄。而Jaumann屏通过在金属地板前分开放置多个电阻板构成展宽带宽，但是其间厚度有所增加。为了更好地满足电磁吸收体对于带宽和厚度的需求，周期结构被引入电磁吸收体的设计，这样的电磁吸收体也称作“电路模拟吸收体”。

传统的电路模拟吸收体一般将周期单元的谐振频率设置在吸收中心频率f₀附近，这样根据传输线理论，吸收体表面的周期单元可以等效为一个R、L、C串联谐振电路，而底层地板让传输线终端短路。在f₀处，周期单元谐振导致L、C电抗相互抵消，此时，若介质基板的厚度约为四分之一个中心频率波长，且电阻R与自由空间阻抗相接近，即可以获得入射波的零反射。若入射波频率小于f₀，R、L、C等效电路中的电抗部分呈现容抗特性，而介质基板将呈现感性，也可以实现谐振获得入射波的零反射；当入射波频率大于f₀，情况类似。因此，电路模拟吸收体可以实现较宽的带宽。但是，基于这种原理设计，将导致周期单元尺寸较大，尤其中低频情况下。而在实际应用中，很多电磁吸收体的占用空间受限，要在有限空间中放置更多周期单元以逼近无限大结构对单元尺寸提出了较高要求。

目前，电路模拟吸收体中周期单元的小型化主要可采用(1)弯折线结构(2)集总元件加载(3)倾斜排布。弯折线技术和倾斜排布往往受单元结构和排布空间的限制，使得单元尺寸缩减量有限。集总元件加载工艺上需要焊接，不利于实现全平面结构和加工成本控制，另外集总元件的容差会引起实测参数和仿真的较大偏离，高频集总元件的高售价也往往让设计者止步。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于微米尺度周期单元的电路模拟吸收体。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于微米尺度周期单元的电路模拟吸收体，包括底板、设置在底板上的介质层以及在介质层上二维等间距排布的周期结构单元，所述底板为金属膜或者金属栅格；所述介质层为单层或多层；所述周期结构单元的谐振频率在吸收频带的带外高频。

优选地，工作频率在60GHz以下。

优选地，当底板为金属膜时，其电导率通过仿真得到的S11参数确定，指标为入射波全反射；当底板为金属栅格时，其尺寸由透光率要求确定，确定公式为：

其中，a是金属栅格周期边长，g是金属栅格线宽；

金属栅格电导率通过仿真得到的S11参数确定，指标为入射波全反射。

优选地，所述周期结构单元的厚度通过方阻与电导率和厚度之间的关系确定，确定公式为：其中，R为方阻值，d为导电薄膜厚度，σ为导电薄膜电导率。

优选地，所述周期结构单元的材料为有耗膜材料。

优选地，所述周期结构单元的材料为有纳米银线。