[发明专利]基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及制备方法

说明书

本发明提供一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及制备方法，从上到下依次为：分形方片结构电阻型频率选择表面FSS、第一层介质层、方环结构电阻型频率选择表面FSS、第二层介质层、弯曲线结构电阻型频率选择表面FSS、第三层介质层、金属背板；与传统采用金属FSS或者电阻加载方式相比，本发明解决了在低厚度下实现宽带吸波与低频吸波难以同时实现的问题。采用弯曲结构的电阻型FSS高容性特点降低吸波体低频谐振，再与方环与方片分形结构的电阻型FSS进行叠加实现宽带吸波，采用中心对称图形，使其具有极化稳定性。工作范围覆盖S到Ku波段，且整体厚度较薄，实验和仿真结果一致，在雷达隐身、电磁兼容等方面具有应用潜力。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种基于多层电阻型FSS的超宽带吸波结构及其制备方法，主要用于地面机动目标部件的雷达伪装隐身。

背景技术

随着探测技术的进步和周边国家及地区预警防御系统的融合组网，我国周边势力的预警探测与拦截能力得到了全面提升。地面机动目标正面临着日趋严密的全频带、全方位、立体化组网预警探测威胁。传统雷达隐身材料基于1/4波长干涉相消原理设计，存在吸波频带窄、极化角度稳定差、厚度大、制备方法复杂等问题，无法满足现役地面机动目标全频段、全方位、轻质的隐身需求。本发明通过多层电阻型FSS的结构设计，可以解决传统吸波结构宽带吸波、极化角度稳定性与低剖面性能设计的难题，进而提升目标的雷达隐身性能。

2008年landy教授基于超材料的电磁谐振特性，提出了超材料吸波结构设计方法。该设计方法基于电磁谐振消耗电磁波，不受1/4波长限制，有效降低吸波结构厚度的同时提高吸收强度，但其谐振特性普遍呈现吸波带宽窄的缺点。现阶段拓宽吸波结构吸收带宽的方法包括单层结构多谐振设计、多层叠加、器件加载、磁性材料或电阻膜设计。然而，单层多谐振结构受Rozanov极限限制，其吸收频带有限，难以做到宽带吸收；多层叠加可以有效提升吸收带宽，但伴随着着厚度与重量的大幅度增加；加载器件可在宽带范围实现阻抗匹配，并使用贴片电阻引入欧姆损耗，具有良好的宽带吸波性能，在制备过程中需要大量的焊接芯片电阻，极大的增加了制备误差和加工复杂性；基于磁性介质的吸波结构由于高磁导率可有效降低整体厚度，并引入磁损耗，提高吸波效率，但其重量和制备难度较大；电阻膜制备损耗型FSS，可采用丝网印刷、激光刻蚀、喷墨打印等技术直接制备，具有制备简单，性能稳定的优点，并具有良好的宽带吸波特性。现阶段，公开设计的吸波结构频带多覆盖C波段及以上波段，且存在厚度大、频带窄的弊端，因此设计并制备一种工作在S-Ku超宽带范围，兼具极化/角度稳定性优异、厚度薄、重量轻、性能稳定的吸波结构是本领域的重点工作。

目前，要求超材料吸波结构在尽可能低厚度下实现S波段的宽带吸波特性。例如北京理工大学申请的中国专利《一种对称G型弯折结构的超宽带吸波体》(公开号：CN113410655A)中公开了一种具有空气层并加载贴片电阻的超宽带吸波体，该吸波体通过加载贴片实现C波段到X波段的宽带吸波，其不足之处是其每个周期单元结构外部使用12个贴片电阻，导致整体结构在制备过程中非常复杂，需要数量极多的贴片电阻，工作量极大，成本高，且大量贴片电阻在焊接过程中的误差累加极有可能导致吸波性能衰减，难以在实际工程中应用。另外航天科工武汉磁电有限责任公司申请的中国专利《一种基于双层导电膜的宽频透明吸波材料》(公开号：CN111628297A)采用双层电阻膜提出一种宽带透明吸波结构，采用ITO以及钠钙玻璃分别作为透明导电膜以及透明介质，但其在低频波吸收较差，在2-4GHz几乎没有吸波效果。上述两个专利均不具备S波段的吸波效果，吸波频带都不超过10GHz，难以适应日益复杂的电磁环境。因此如何提高超材料宽带吸波结构在低频段的吸波效果，并具有厚度薄、极化稳定等性能，是电磁吸波领域的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于针对目前超材料宽带吸波结构在S波段的低频段吸收性能较差，而超材料低频吸波结构的频带较窄(小于10GHz)的问题，改善目前吸波结构在2-18GHz的宽带吸波效果，本发明基于多层电阻型FSS设计并制备超宽带吸波结构，该结构具有质量轻、厚度薄、极化和入射角稳定性优异的特点，并能够实现S-Ku波段的宽带吸波效果。