[发明专利]一种基于磁性薄膜的电磁吸波体结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及电磁吸波结构及其设计方法。

背景技术

隐身技术作为现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，受到世界各国的高度重视。而雷达吸波材料(RAM)能有效降低目标的雷达散射截面(RCS)，在隐身技术中占有举足轻重的地位。目前吸波材料主要向宽频谱、多功能、轻质化、薄型化及智能化方向发展，存在的主要问题和难点是提高S和C波段(2GHz～6GHz)的吸收率。

为了有效的提高电磁吸波体的吸收性能，人们分别提出了各种不同的设计。其中包括超材料吸波体，频率选择表面(FSS)，铁磁吸波体等。由平面金属谐振腔构成的超材料吸波体由于其谐振机制较难获得宽频的吸收效果，而频率选择表面经过优化设计后能达到一个比较良好的宽频吸收效果，但其最大的不足是厚度较厚不满足吸波材料薄型化所提出的体积要求。而铁磁材料和由它们所组成的复合结构同样可以被用于吸收电磁散射。然而传统的吸波材料由于受到斯诺克公式的限制，在微波频段提高其磁导率有很大的困难。而薄膜材料由于其特殊的结构特性可突破斯诺克极限，有望在高频下实现高磁导率的同时实现吸波材料的轻质化、薄型化等技术要求，越来越受到人们的重视。

理论研究和实验结果证明，解决此问题最有效的技术途径就是提高电磁波吸收剂的磁导率和磁损耗。薄膜材料由于其特殊的结构特性可突破斯诺克限制，有望在高频下实现高磁导率的同时实现吸波材料的轻质化、薄型化等技术要求，但由于磁性薄膜材料通常具有较高的电导率造成阻抗失配，使得电磁波不易进入薄膜材料内部，这大大限制了薄膜材料在微波频段特别是GHz频段的应用。这也是目前将铁磁薄膜用于吸波结构所要解决的重点问题和难点问题。

发明内容

针对上述存在问题，本发明提供了一种多层图形化磁性薄膜电磁吸波体及其设计方法。

多层图形化磁性薄膜电磁吸波体，底层为金属平板，底层以上为正方形柔性衬底和图形化磁性薄膜的多层堆叠复合单元结构；其中正方形柔性衬底和磁性薄膜中心重合，磁性薄膜单元为边长小于衬底的正方形，二者构成回字形图形化结构。多层堆叠复合单元结构的总厚度H＝(L+D)*n≤0.5mm,其中10≤n≤100，磁性薄膜单元的边长A≤1cm，磁性薄膜与柔性衬底的间隙为R，柔性衬底厚度为D，磁性薄膜厚度L≤0.5μm，膜隙比10:5≤A/R≤15:1。其中柔性衬底的相对介电常数为2.5，相对磁导率为1。

多层图形化磁性薄膜电磁吸波体的设计方法，包括下列步骤：

步骤一、对柔性衬底进行裁剪，将其裁剪成边长为M的正方形,M＝A+R,A≤1cm,膜隙比10:5≤A/R≤15:1；

步骤二、采用磁控溅射的方法，在柔性衬底表层镀上FeCo基磁性材料，在其表面形成一层的磁性薄膜，其厚度L≤0.5μm，得到柔性衬底与磁性薄膜构成的单层单元结构。

步骤三、先将步骤二所制备的单层单元结构平整的粘贴在金属平板上，然后再将多个单层单元结构依次堆叠的粘贴成多层复合单元结构，得到多层图形化磁性薄膜电磁吸波体。

多层磁性薄膜吸波体的吸波特性主要取决于吸波体的薄膜图案的单元尺寸，图案间隙比，多层吸波体中的磁性物质的含量等。但是，采用多层和图形化的方法在有效的提高薄膜型吸波材料吸收率的同时也引入了大量设计多层图形化薄膜吸波体时必须考虑的变量，例如，磁性薄膜厚度选择，图案的间隙比，及图案单元尺寸的具体参数。优化多层磁性薄膜吸波体的图案的间隙比、磁性薄膜厚度，及图案单元尺寸具体参数，以成为得到超宽频、超薄吸波结构必须解决的技术问题。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、工艺简单、可操作性强，成本较低；

2、所用材料主要为柔性衬底，因此延展性好；

3、厚度较薄，100层组合结构总厚度仅为0.5mm。可以直接与橡胶贴片复合，改善橡胶贴片的低频吸收性能。

4、通过多层叠加，可有效增加磁性物质的含量，进而提高多层吸波体的吸收性能；

5、在不改变厚度前提下，通过调整方形图案尺寸，可以调控吸波性能。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是介质与磁性薄膜的多层复合单元结构俯视图；

图2是介质与磁性薄膜的多层复合单元结构侧视图；

图3是介质与磁性薄膜的多层复合单元结构加载到金属底板上的侧视图；

图4是100层组合结构堆叠吸波体的反射率曲线；