一种低频吸波体

技术领域

本发明属于隐身技术领域，尤其涉及一种低频吸波体。

背景技术

近年来，电磁吸波技术飞速发展，无论是在军用领域还是民用领域都受到了广泛的研究。然而，绝大部分吸波体的研究工作都集中在火控雷达频率范围(即8～18GHz频段)，对于低频吸波体的研究较少。由于目前远程预警雷达的工作频段主要是P波段，所以设计制造低频吸波体对于提高反探测能力具有重要意义。目前需要一种能够工作在300MHz～3GHz频段内的吸波体，以进一步提高反探测能力。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低频吸波体，本发明的低频吸波体能够工作在300MHz～3GHz频段内，并且吸波效果较好。

本发明采用的技术方案如下：

一种低频吸波体，包括背板、设置于背板表面的第一吸波材料层、设置于第一吸波材料层表面的第一电阻膜图案、设置于第一电阻膜图案表面的第二吸波材料层和设置于第二吸波材料层表面的第二电阻膜图案，第一电阻膜图案和第二电阻膜图案均为弯折结构的电阻膜图案，第一电阻膜图案和第二电阻膜图案在厚度方向上形状互补。

优选的，第一电阻膜图案和第二电阻膜图案均为旋转对称的图案，旋转角为90°；背板、第一吸波材料层和第二吸波材料层的形状均为正方形，背板、第一吸波材料层和第二吸波材料层的边长相同。

优选的，第二电阻膜图案包括位于中心的正方形电阻膜区域以及四个结构相同的图案单元，第二吸波材料层的每个角对应一个图案单元，每个图案单元包括第一电阻膜线、若干L形电阻膜线以及正方形电阻膜区域从一个顶点处伸至第二吸波材料层边部的第二电阻膜线；

四个结构相同的图案单元按顺序依次记为第一图案单元、第一图案单元和第一图案单元、第一图案单元，其中，第一图案单元对应的第二吸波材料层上对应角的两个边分别为第一边和第二边，第一图案单元的第二电阻膜线延伸至第一边并与第一边垂直，第二图案单元的第二电阻膜线延伸至第二边并与第二边垂直；第一图案单元的L形电阻膜线的一条边与第一图案单元的第二电阻膜线平行，第一图案单元的L形电阻膜线的另一条边与第二图案单元的第二电阻膜线平行；第一图案单元的第一电阻膜线的两端延伸至第二边，第一图案单元的第一电阻膜线的其余部分围成一L形区域，该L形区域的一条边与第一图案单元的第二电阻膜线平行，该L形区域的另一条边与第二边垂直。

优选的，所述第二电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距、L形电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距、L形电阻膜线与第一电阻膜线之间的间距以及所述L形区域各边的宽度相同。

优选的，正方形电阻膜区域的边长为3×w+2×g，其中，w为第二电阻膜线、L形电阻膜线以及第一电阻膜线的线宽，g为第二电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距。

优选的，背板、第一吸波材料层和第二吸波材料层的边长为299.2±23.2mm，第二电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距为23.9±2mm，第二电阻膜线、L形电阻膜线以及第一电阻膜线的线宽为3.3±2.1mm，第一吸波材料层和第二吸波材料层的厚度相同，第一吸波材料层和第二吸波材料层总厚度为3±0.2mm。

优选的，第二电阻膜线、L形电阻膜线以及第一电阻膜线的线宽w、第二电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距g以及背板、第一吸波材料层和第二吸波材料层的边长p满足以下关系：背板、第一吸波材料层和第二吸波材料层的边长为p×k时，第二电阻膜线、L形电阻膜线以及第一电阻膜线的线宽为w×k，第二电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距为g×k，其中，k取值为0.1-3。

优选的，第一电阻膜图案与第二电阻膜图案可互换位置。

优选的，第一吸波材料层和第二吸波材料层的材质为采用RMS120吸波材料。

优选的，第一电阻膜图案和第二电阻膜图案采用方阻值为100～200Ω的电阻膜材料，背板采用铜背板。

本发明具有如下有益效果：

本发明的低频吸波体采用叠层结构，电阻膜图案和吸波材料层交替叠加构成了有损电路，实现了电路谐振，损耗了部分电磁波的能量。同时，电磁波入射到这种叠层结构吸波体时会发生反射相消。第一电阻膜图案和第二电阻膜图案采用了弯折的电阻膜图案，改善了吸波材料与自由空间的阻抗匹配，提高了整体的吸波效果。与此同时，由于低频段的电磁波波长较长，且电流需流经半波长的整数倍时才能谐振，所以低频吸波体的尺寸往往会比较大，但是，弯折的图案在不扩大结构尺寸的前提下增加了电流流经路径的长度，克服了低频段波长较长所带来的结构尺寸过大的问题，实现了吸波体的小型化和轻便化。并且，与单一图案相比，形状互补的图案能够更好的匹配和吸波效果。背板能够防止电磁波的透射，提高了吸波效率。本发明上述结构的低频吸波体能够工作在300MHz～3GHz频段内，并且通过上述结构上的设计，本发明的低频吸波体还具有良好的吸波效果。

进一步的，本发明的低频吸波体能够进行等比例的缩小或放大，缩放比例k为0.1-3，在该缩放比例下，本发明的低频吸波体仍能达到80％以上的吸波率。

附图说明

图1(a)是本发明低频吸波体的整体结构示意图，图1(b)为本发明低频吸波体的叠层结构示意图；

图2是本发明实施例中的第二吸波材料层及其表面设置的第二电阻膜图案的示意图；

图3是本发明实施例中的第一电阻膜图案和第一吸波材料层的示意图；

图4是本发明低频吸波体背板的示意图；

图5是本发明实施例的低频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的反射系数仿真结果图；

图6是本发明实施例的低频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的吸波率仿真结果图；

图7是本发明实施例的低频吸波体在TE波斜入射下的吸波率仿真结果图；

图8是本发明实施例的低频吸波体在TM波斜入射下的吸波率仿真结果图；

图9是本发明实施例的低频吸波体与同厚度同尺寸连续铁氧体的吸波率仿真结果对比图。

图中，1-背板，2-第一吸波材料层，3-第一电阻膜图案，3-1-第四电阻膜线，3-2-第五电阻膜线，3-3-第六电阻膜线，3-4-第七电阻膜线，4-第二吸波材料层，4-1-第一边，4-2-第二边，5-第二电阻膜图案，5-1-第二电阻膜线，5-2-第一L形电阻膜线，5-3-第二L形电阻膜线，5-4-第一电阻膜线，5-5-正方形电阻膜区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1(a)-图4，本发明低频吸波体包括背板1、设置于背板1表面的第一吸波材料层2、设置于第一吸波材料层2表面的第一电阻膜图案3、设置于第一电阻膜图案3表面的第二吸波材料层4和设置于第二吸波材料层4表面的第二电阻膜图案5，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5均为弯折结构的电阻膜图案，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5在厚度方向上形状互补。

作为本发明优选的实施方案，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5均为旋转对称的图案，旋转角为90°；背板1、第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的形状均为正方形，背板1、第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的边长相同。

作为本发明优选的实施方案，第二电阻膜图案5包括位于中心的正方形电阻膜区域5-5以及四个结构相同的图案单元，第二吸波材料层4的每个角对应一个图案单元，每个图案单元包括第一电阻膜线5-4、若干L形电阻膜线以及正方形电阻膜区域5-5从一个顶点处伸至第二吸波材料层4边部的第二电阻膜线5-1；

四个结构相同的图案单元按顺序依次记为第一图案单元、第一图案单元和第一图案单元、第一图案单元，其中，第一图案单元对应的第二吸波材料层4上对应角的两个边分别为第一边4-1和第二边4-2，第一图案单元的第二电阻膜线5-1延伸至第一边4-1并与第一边4-1垂直，第二图案单元的第二电阻膜线5-1延伸至第二边4-2并与第二边4-2垂直；第一图案单元的L形电阻膜线的一条边与第一图案单元的第二电阻膜线5-1平行，第一图案单元的L形电阻膜线的另一条边与第二图案单元的第二电阻膜线5-1平行；第一图案单元的第一电阻膜线5-4的两端延伸至第二边4-2，第一图案单元的第一电阻膜线5-4的其余部分围成一L形区域，该L形区域的一条边与第一图案单元的第二电阻膜线5-1平行，该L形区域的另一条边与第二边4-2垂直。

作为本发明优选的实施方案，所述第二电阻膜线5-1与L形电阻膜线之间的间距、L形电阻膜线与L形电阻膜线之间的间距、L形电阻膜线与第一电阻膜线5-4之间的间距以及所述L形区域各边的宽度相同。

作为本发明优选的实施方案，正方形电阻膜区域5-5的边长为3×w+2×g，其中，w为第二电阻膜线5-1、L形电阻膜线以及第一电阻膜线5-4的线宽，g为第二电阻膜线5-1与L形电阻膜线之间的间距。

作为本发明优选的实施方案，背板1、第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的边长为299.2±23.2mm，第二电阻膜线5-1与L形电阻膜线之间的间距为23.9±2mm，第二电阻膜线5-1、L形电阻膜线以及第一电阻膜线5-4的线宽为3.3±2.1mm，第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的厚度相同，第一吸波材料层2和第二吸波材料层4总厚度为3±0.2mm。

作为本发明优选的实施方案，第二电阻膜线5-1、L形电阻膜线以及第一电阻膜线5-4的线宽w、第二电阻膜线5-1与L形电阻膜线之间的间距g以及背板1、第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的边长p满足以下关系：背板1、第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的边长为p×k时，第二电阻膜线5-1、L形电阻膜线以及第一电阻膜线5-4的线宽为w×k，第二电阻膜线5-1与L形电阻膜线之间的间距为g×k，其中，k取值为0.1-3。

作为本发明优选的实施方案，第一电阻膜图案3与第二电阻膜图案5可互换位置。

作为本发明优选的实施方案，第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的材质为采用RMS120吸波材料。

作为本发明优选的实施方案，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5采用方阻值为100～200Ω的电阻膜材料，背板1采用铜背板。

实施例

为了满足低频吸波的需求，设计中通常会采用诸如RMS120吸波材料这种在低频段具有较高磁损耗的磁性吸波材料。然而，低频段电磁波的波长较长，为了达到较好的吸波效果，RMS120吸波材料需要较厚的厚度，因此具有面密度大、厚重的缺点。因此，为了设计出具有较高实际应用价值的低频吸波体，必须在RMS120吸波材料的基底上加载一定的结构，达到在实现低频吸波的同时，减小吸波体尺寸及增大吸收带宽的目的。

本实施例提供的低频吸波体是一种工作在300MHz～3GHz的低频吸波体，厚度为3mm。它在RMS120吸波材料的基础上，加载了形状互补的两种电阻膜图案，实现了良好的阻抗匹配效果。通过将线状电阻膜按照一定规律进行弯折，可以在不损失吸波效果的前提下，减小整体结构的尺寸。这种吸波体结构紧凑，尺寸小，吸波效果良好，解决了低频吸波体尺寸过大且过于厚重的问题。具体的，该低频吸波体的背板1采用铜背板，第一吸波材料层2和第二吸波材料层4作为吸收损耗电磁波的部分，材质采用RMS120吸波材料，第一吸波材料层2、第二吸波材料层4和背板的形状为边长为p的正方形。第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5在厚度方向上形状互补，以图1(b)所示方位为例，参照图2和图3，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5在厚度方向上形状互补指的是：沿着厚度方向，第一电阻膜图案3的投影嵌于第二电阻膜图案5的空隙(或空白区域)中，第二电阻膜图案5的投影嵌入第一电阻膜图案3空隙(或空白区域)中。本实施例中低频吸波体的总体厚度为h，第一电阻膜图案3、第二电阻膜图案5以及背板1的厚度非常小，忽略不计，因此本实施例的第一吸波材料层2和第二吸波材料层4的厚度均为

本实施例低频吸波体中，第一电阻膜图案3和第二电阻膜图案5采用方阻值为150Ω的电阻膜材料。几何参数见表1：

表1

本实施例的低频吸波体是叠层结构，电阻膜和RMS120材料交替叠加构成了有损电路，实现了电路谐振，损耗了部分电磁波的能量。同时，电磁波入射到这种叠层结构吸波体时会发生反射相消。采用了弯折的电阻膜图案，改善了吸波材料与自由空间的阻抗匹配，提高了整体的吸波效果。与此同时，由于低频段的电磁波波长较长，且电流需流经半波长的整数倍时才能谐振，所以低频吸波体的尺寸往往会比较大，但是，弯折的图案在不扩大结构尺寸的前提下增加了电流流经路径的长度，克服了低频段波长长所带来的结构尺寸过大的问题，实现了吸波体的小型化和轻便化。并且，与单一图案相比，形状互补的图案可以更好的匹配和吸波效果。采用铜作为背板，几乎不透射电磁波。

本实施例所设计的低频吸波体的工作频段为300MHz～3GHz。

图5为该低频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的反射系数仿真结果，结果表明，反射系数在300MHz～3GHz的频段上都低于-7dB，且呈现出了极化不敏感的特性。

图6为该低频吸波体在TE波和TM波垂直入射下的吸波率仿真结果，吸波率由公式A(ω)＝1-|S

图7为该低频吸波体在TE波斜入射下的吸波率仿真结果，可以看到，当TE波斜入射时，低频吸波体的吸波率随入射角度的增大而减小。当入射角为40°时，能实现80％吸波率的最高频点由3GHz减小到2.5GHz。

图8为该低频吸波体在TM波斜入射下的吸波率仿真结果，可以看到，当TM波斜入射时，较高频段的吸波率随入射角的增大而增大。除此之外，该低频吸波体在40°的范围内具有一定的角度稳定性，此时吸波率并不会随入射角度的改变而发生很大的变化。

图9为该低频吸波体与同厚度同尺寸RMS120吸波材料的吸波率仿真结果对比，可以看到，在300MHz～3GHz的频率范围内，该低频吸波体的吸波率都要高于RMS120吸波材料，并且随着频率的减小，吸波体的性能优势越发显著。经计算，与边长相同、厚度相同的RMS120吸波材料相比，该吸波体在300MHz～3GHz频段上的平均吸波率提高了约17.94％。由上述可以看出，本实施例低频吸波体具有尺寸小，厚度薄，吸波效果良好等优点。

本实施例的低频吸波体中的边长、线宽及间距以等比例放大或缩小后，该低频吸波体仍能达到80％以上的吸波率。具体的，此时，吸波材料的边长、线宽及间距满足如下关系：吸波材料边长为p×k时，膜线的线宽及间距为w×k、g×k，其中，k取值为0.1-3。

若要构成其他尺寸的非方形形状，则可将该低频吸波体作为一个吸波单元，并通过将多个单元进行拼接来实现。