[发明专利]基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料

说明书

技术领域

本发明属于吸波材料中的频率选择表面技术领域，涉及一种基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料，该材料吸收频带宽，吸波特性强，可用于通信、环保及人体防护等诸多领域。

背景技术

随着科学发展的日新月异，以电磁波为媒质的技术、各种产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。比如无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞而误点；移动电话信号可能会干扰各种精密电子医疗器械的工作；计算机会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和破解，造成国防、政治、经济、科学技术等方面情报的泄漏。电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体也会造成直接和间接的伤害。因此治理电磁污染、消除电磁波干扰、提高电磁兼容的吸收屏蔽，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波并使其散射衰减的一类材料。它通过材料的各种不同损耗机制将入射电磁波转化为热能或者是其它能量形式而达到吸波的目的。吸波材料有涂覆型和结构型，前者主要是由粘结剂、吸收剂复合而成，吸波的能力主要与吸收剂种类有关，后者主要有平板形、尖劈形、泡沫型等。在实际应用中，无论是涂覆型还是结构型，其频率响应的带宽特性均不是很理想，单层的吸波材料很难达到宽频的技术要求。

复合吸波材料主要是由具有吸波性能的基体材料层、增强的结构材料或蜂窝芯材等复合而成的。目前现有的复合吸波材料有利用各个材料本身对电磁波的吸收性能，通过设计不同材料的组分使得混合后的材料具备吸波特性，但是此类材料设计复杂且成本高，不具有大规模推广性；也有在同一基底的上面堆积多层结构，通过谐振式吸收的方式来展宽吸收频带，但是其吸收带宽往往正比于吸波材料的厚度，不能满足轻薄的要求；此外还有加载集总电阻和电容的方式，此方法虽然新颖且效果显著，但是不利于实际生产加工。

频率选择表面是指由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，无源谐振单元的拓扑结构形状决定了频率选择表面对空间电磁波的响应。将基体材料层与频率选择表面复合，可以方便的实现阻抗匹配，拓宽吸波材料的带宽，整体结构遵循“薄、轻、宽、强”的设计思想。目前为止，现有的复合吸波材料多在X波段8～12GHz、Ku波段12～18GHz有较好的吸波效果，还未能同时覆盖无线通信系统中被广泛使用的C波段4～8GHz和X波段8～12GHz。如中国专利申请公布号CN103490171A，名称为“一种复合宽频吸波材料”，该发明公开的复合宽频吸波材料包括地板、介质板、频率选择表面和基体材料层，频率选择表面和地板分别设于介质板的上下表面，基体材料层涂覆于频率选择表面上，频率选择表面设有若干周期排列的无源谐振单元，无源谐振单元采用耶路撒冷十字型结构；该发明在4.6～14.8GHz频带内反射系数小于-10dB，在一个相对较宽的频带范围内具有良好的吸波特性。但是该发明存在低频段的带宽不够宽，未能同时实现C和X波段的强吸收的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料，用于解决现有吸波材料在低频段带宽不够宽的问题，实现吸波带宽覆盖C和X波段。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料，包括基体材料层1、频率选择表面2、介质板3和地板4，所述频率选择表面2和地板4分别印制在介质板3的上下表面，所述基体材料层1和介质板3形成上下层叠结构；所述频率选择表面2由M×N个无源谐振单元21周期排列而成，其中M≥3，N≥3，该无源谐振单元21由正方形环贴片211和变形的耶路撒冷十字型贴片212组成，其中变形的耶路撒冷十字型贴片212位于正方形环贴片211的内部，且两者的中心点重合。

上述的基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料，所述基体材料层1采用采用相对介电常数18.00≤ε′≤22.00、相对磁导率3.55≤μ′≤4.00、电损耗角正切0.20≤tanδ_D≤0.25、磁损耗角正切0.30≤tanδ_M≤0.45的矩形板材。

上述的基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料，所述变形的耶路撒冷十字型贴片212由中间十字、位于该中间十字轴线上且与其依次相连的四个圆环和四个工字型结构组成，其中四个圆环的圆心到中间十字的中心距离相等，圆环的内外径分别为R和R₁，0.3mm≤R≤0.5mm，0.6mm≤R1≤0.8mm。