[发明专利]基于超材料和磁性泡沫材料的轻质宽带吸波器及制备方法

说明书

本发明涉及电磁吸波技术领域，具体公开了基于超材料和磁性泡沫材料的轻质宽带吸波器及制备方法，轻质宽带吸波器包括介质层和超材料层，所述超材料层设置在介质层的一个表面上，所述超材料层由若干吸波单元周期性排列而成，所述吸波单元由十字形结构和端点对称方框结构组成，所述十字形结构位于中心，端点对称方框结构设置在十字形结构外侧；所述十字形结构和端点对称方框结构之间无接触；所述介质层为磁性泡沫，所述磁性泡沫是由磁性金属添加物均匀混合分布在聚氨酯泡沫制备而成。本发明的轻质宽带吸波器不仅兼具体积小、和密度低，且3GHz‑18GHz具有90％以上的吸收率。

技术领域

本发明涉及电磁吸波技术领域，具体涉及基于超材料和磁性泡沫材料的轻质宽带吸波器及制备方法。

背景技术

随着电子工业的发展和电子设备的普及，电磁污染对于仪器设备的干扰问题也愈加突出，吸波材料作为电磁波干扰防护技术的重要支撑材料，成为国内外研究的热点。

吸波材料作为电磁吸波领域重要的吸收介质，可实现将入射电磁波吸收转化为热能和其他形式的能量耗散掉，通常情况下，电磁波入射到介质表面时会发生反射和透射，材料的吸波性能主要取决于两个参数，即介电常数和磁导率。而超材料作为21世纪新型人工复合材料，其优异性能可以在极大程度上对入射电磁波进行吸收和损耗，进而实现近乎为零的透射和反射。相较于传统吸波器，超材料吸波器具有独特的电磁参数、电磁调控等优点。

基于此类优点超材料在电磁吸波领域得到的广泛关注。超材料吸波器结构通常是由三部分组成，类似于三明治多层结构，顶部为具有一定形状结构的周期单元阵列，中间为较高介电损耗的介质夹层，底部为完整金属反射底板。超材料吸波介质通常选用介质损耗型材料(如环氧树脂类(FR-4)、PET等材料)，但对于提高峰值吸收率和拓宽吸波器在微波波段的吸收带宽效果较差，且诸如此类常规损耗型材料的介质层体积相对较大，密度高等缺点。

在现有研究中，可以做到吸收率高或兼具吸收率高和密度低，但是无法兼具体积小、密度低且吸收率高。因此，设计一种体积小、密度低且吸收率高的吸波器很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供基于超材料和磁性泡沫材料的轻质宽带吸波器，不仅兼具体积小和密度低，且在3GHz-18GHz具有90％以上的吸收率。

此外，本发明还提供上述轻质宽带吸波器的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

基于超材料和磁性泡沫材料的轻质宽带吸波器，包括介质层和超材料层，所述超材料层设置在介质层的一个表面上，所述超材料层由若干吸波单元周期性排列而成，所述吸波单元包括十字形结构和端点对称方框结构，所述十字形结构位于中心，端点对称方框结构设置在十字形结构外侧；所述十字形结构和端点对称方框结构之间无接触；

所述介质层为磁性泡沫，所述磁性泡沫是由磁性金属添加物均匀混合分布在聚氨酯泡沫制备而成。

本发明的吸波单元为亚波长结构，波长为毫米波，其中毫米波长为吸波器吸收频率内对应的波长，所述轻质宽带吸波器的工作频率范围为3GHz-18GHz。

如果仅仅是采用聚氨酯泡沫作为介质层，虽然实现了结构整体密度较小，但吸波器的整体厚度参数达到了10mm以上。本发明的介质层为磁性泡沫，拓宽吸波器微波吸收频带，使得有效吸波带宽大于10GHz等有益效果，且通过在介质波层表面覆加超材料谐振结构来实现在频段内的高效吸波效果，以达到具有实际应用的吸收性能。采用超材料表面周期结构和磁性聚氨酯泡沫介质这种层级相互叠加的结构模式，可以很容易实现在测试波段内的电磁波吸收效果，并且在不改变结构模式的情况下，通过实验测试后可确定一组综合吸波效果最好的结构参数，以实现良好的微波吸收效果。

综上，本发明磁性聚氨酯泡沫作为吸波介质并与超材料结合得到轻质、高效吸波器，本发明的轻质宽带吸波器，不仅兼具体积小、密度低，整体设计不超过3mm，且3GHz-18GHz具有90％以上的吸收率。