[发明专利]分形结构电磁吸波超材料及其制备方法

说明书

一种分形结构电磁吸波超材料及其制备方法，属于电磁功能材料领域，用于解决宽频带微波吸收超材料可定量选择吸收频点的问题，要点是电磁吸波超材料从上至下包括三层：图案层、介质层和反射层，所述图案层是由5阶斐波那契分形螺旋线旋转不同角度后叠加的结构组成，效果是电磁吸波超材料在亚波长尺度下实现2‑18GHz范围内的多频点吸收可选择特性和宽频吸波性能，可应用到微波暗室、5G电子设备、飞机、军用车辆及设施等。

技术领域

本发明属于电磁功能材料领域，具体涉及一种斐波那契螺旋线分形结构的可调频微波吸收超材料。

背景技术

电磁波通讯技术的快速发展给人们日常生活带来了便利，同时也产生了电磁污染。微波吸收材料可以有效消除或吸收电磁波，能有效解决这一问题。由于传统吸波材料厚度大、密度大以及制备工艺复杂，严重限制其在各领域的实际应用。自2008年Landy首次提出完美超材料吸波体设计，超材料在吸波领域得到广泛研究。由于超材料其固有的自然共振特性和高品质因子，大多数超材料具有强吸收的优点，但是吸收带宽相对较窄。

为了拓宽有效吸收带宽，最简单的方法是将具有不同共振频率的谐振单元叠加到一个超级单元中。然而设计具有不同谐振频率的单元结构不仅工作量巨大，而且由于单元间的相互耦合作用，谐振模可能被简并而不能线性叠加。由于自相似特性，简单的分形结构也能在电磁响应中提供多个谐振模，此外分形结构还具有较高的填充率，可以提高空间利用率，便于微波器件的小型化和集成化。

发明内容

本发明旨在解决现有技术所存在的上述不足，根据斐波那契分形螺旋线结构，提供一种结构简单，可定量选择吸收频点的宽频带微波吸收超材料，所使用的分形螺旋线结构在有限空间内可以产生更多的谐振模，根据推出的共振频率与初始弧半径的对数关系，可以按需定制相关微波器件。所提出的结构设计新颖、制备工艺简单、成本低、易于实现，应用广泛。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种分形结构电磁吸波超材料，主要由图案层、介质层和反射层组装而成，所述图案层由图案结构单元在二维平面周期性阵列分布，各图案结构单元由若干不同的分形螺旋线结构排列而成，各图案结构单元的分形螺旋线结构排列方式一致。

作为技术方案的补充，图案结构单元由4种不同的分形螺旋线结构以2×2 的方式排列而成，4种分形螺旋线结构是以5阶分形螺旋线为基础结构旋转不同角度叠加而成，旋转的角度分别为0°、45°、90°和180°，叠加分形螺旋线的数量分别为1、2、4和8，所述的5阶分形螺旋线是由5段1/4圆弧连接而成的螺旋结构，r、m分别表示1/4圆弧的外半径和分形迭代的阶数，1/4圆弧的半径符合斐波那契序列r_m+2＝r_m+1+r_m，r_m为第m阶分形1/4圆弧的半径。

作为技术方案的补充，r₁＝r₂＝0.8mm，5阶分形螺旋线宽为0.2mm，厚度为0.035mm，周期为10mm。

作为技术方案的补充，所述的分形螺旋结构的材料选自导电金属。

作为技术方案的补充，所述的分形螺旋结构的材料选自导电金属中的铜、铁、铝中的任意一种。

作为技术方案的补充，所述的介质层材料为FR-4板、聚酰亚胺或聚酯中的任意一种，介电常数为3.6～4.2，介质基板厚度为1.6mm～3.2mm。

作为技术方案的补充，所述的反射层材料自导电金属中的铜或铁或铝。

本发明还公开了一种任一项所述分形结构电磁吸波超材料的制备方法，包括

选择介质层为FR-4的双面覆铜板，介质层厚度为1mm，双面铜的厚度均为0.035mm，

对基板进行表面清洁度和粗糙度的处理，通过热压的方式贴上感光干膜，将底片与压好干膜的基板对位，在曝光机上利用紫外光的照射，将底片图形转移到感光干膜上；