一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器

技术领域

本发明涉及宽带电磁吸波器技术领域，具体涉及一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器。

背景技术

在这个科学技术飞速发展的时代，随着电磁波的广泛应用，其在电磁领域的一系列相关问题引起了科学家们的关注，例如电磁污染、电磁隐身以及电磁兼容性等等。针对这些问题，采用电磁吸波器能够使其得到一定程度的解决。然而传统的电磁吸波材料存在一些限制，例如反射率高、厚度大、透明度低等，这使得它们无法满足特殊应用场景的需求。因此，研究者们开始关注具备超宽带、厚度小和透明等特点的电磁吸波器。

超宽带吸波器是一类吸波带宽大于25％并且能够在吸波频段内实现电磁波高效吸波的材料，适用于处理来自超宽带频率范围内的电磁波，具备极大的应用潜力。而透明吸波器则指的是吸波器具有透明或半透明特性。在光学领域中，传统吸波材料会对光波产生遮挡作用，降低透明度和光学性能，采用透明吸波器则能在保持较高的透明度的同时吸收电磁波，满足吸波材料对光学性能的需求。因此，对于超宽带透明吸波器的研究具备重要意义。首先，结合其超宽带特性，能够实现在宽频段内的高效吸波，能够适应各种频率范围的电磁波，为电磁波控制提供新的思路和方法。其次，超高的透明特性使得吸波器能够在光学频段内保持较高的透明度，满足对光学性能要求更高的应用场景，为光学装置和光学通信系统等领域带来更多可能性。

目前国内外对吸波器的研究大多集中在提高吸收带宽和吸收效率等方面，所研制的吸波器存在尺寸大、厚度大、不透明等问题，限制了其应用场景。因此，对超宽带透明吸波器的研究开拓了吸波器的应用范围，提高了对电磁波控制的灵活性和多样性，在通信技术、电磁隐身技术、电磁兼容等电磁领域具有重要作用。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器，其具有吸波性能优异、光学透明度高、极化不敏感以及超宽带吸收等特点解决传统的电磁吸波材料反射率高、厚度大以及透明度低等而使得它们无法满足特殊应用场景需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器，包括：一个多层阻抗膜结构单元，所述多层阻抗膜结构单元从上到下依次包括第一谐振层、第一PET衬底、第一PMMA介质层、第二谐振层、第二PET衬底、第二PMMA介质层、第三PET衬底和底板；第一PET衬底下表面与第一PMMA介质层上表面粘合，第一PMMA介质层下表面与第二PET衬底上表面粘合，第二PET衬底下表面与第二PMMA介质层上表面粘合，第二PMMA介质层下表面与第三PET介质层上表面粘合，第三PET衬底下表面附着底板；

所述第一谐振层和第二谐振层分别由双方环阻抗膜和对称四方环贴片阻抗膜构成；其中，所述双方环阻抗膜和对称四方环贴片阻抗膜均为单层，并分别蚀刻在第一PET衬底上表面和第二PET衬底上表面。

进一步地，所述双方环阻抗膜为双方环图案，所述双方环图案由一个尺寸较大的外方环中间放置一个尺寸较小的内方环组成；

其中，外方环边长d

进一步地，所述对称四方环贴片阻抗膜为对称四方环贴片图案，所述对称四方环贴片图案由一个中心方形贴片的四个角分别与四个方环各自的一个角相接组成；

所述四个方环尺寸相同，四个方环的边长d

进一步地，所述阻抗膜结构单元的边长周期p取值为11.5≤p≤12.5mm。

进一步地，在单个周期内，第一谐振层由一个双方环阻抗膜构成，第二谐振层由一个3×3的对称四方环贴片阻抗膜阵列构成。

进一步地，所述第一PET衬底与第二PET衬底采用介电常数为3.2，损耗正切值为0.003的聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性透明材料。

进一步地，所述第一PMMA介质层和第二PMMA介质层采用介电常数为2.25，损耗正切值为0.01的聚甲基丙烯酸甲酯透明材料。

进一步地，所述双方环阻抗膜的方阻为15Ω/sq。

进一步地，所述对称四方环贴片阻抗膜的方阻为130Ω/sq。

进一步地，所述底板的方阻为15Ω/sq。

本发明的有益效果在于：本发明厚度薄，具有更大的带宽，对垂直入射的TE、TM波，在5.85-32.64GHz频带范围内，其吸波效率均达到了90％以上，吸收带宽为26.79GHz，相对带宽达139.20％；此外，由于两层谐振结构均具有良好的对称性，对入射电磁波具有极化不敏感特性，且对于斜入射时的电磁波也具有良好的吸波性能；且所设计的谐振层图案均较为简单，所用的ITO薄膜材料技术成熟，价格便宜，十分适合大量使用；由于所采用的材料均具有较高的透明度，极大拓宽了其使用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的阻抗膜结构单元的整体结构示意图；

图2是本发明的双方环阻抗膜的形状示意图；

图3是本发明的对称四方环贴片阻抗膜的形状示意图；

图4是本发明的阻抗膜结构单元的结构侧视图；

图5是本发明在电磁波垂直入射下反射系数随频率变化曲线图；

图6是本发明在电磁波垂直入射下吸波率随频率变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器，包括：一个多层阻抗膜结构单元，多层阻抗膜结构单元从上到下依次包括第一谐振层1、第一PET衬底2、第一PMMA介质层3、第二谐振层4、第二PET衬底5、第二PMMA介质层6、第三PET衬底7和底板8；第一PET衬底2下表面与第一PMMA介质层3上表面采用光学胶粘合，第一PMMA介质层3下表面与第二PET衬底5上表面采用光学胶粘合，第二PET衬底5下表面与第二PMMA介质层6上表面采用光学胶粘合，第二PMMA介质层6下表面与第三PET介质层上表面采用光学胶粘合，第三PET衬底7下表面附着底板8。

第一谐振层1和第二谐振层4分别由双方环阻抗膜和对称四方环贴片阻抗膜构成；其中，双方环阻抗膜和对称四方环贴片阻抗膜均为单层，并分别蚀刻在第一PET衬底2上表面和第二PET衬底5上表面。

双方环阻抗膜和对称四方环贴片阻抗膜以及底板8的材料均为柔性透明I TO薄膜。

所设计的吸波器的能实现与自由空间的阻抗匹配，使得对应吸收频段内的电磁波能量能够被完美吸收。由于采用了两层谐振结构，第一谐振层1的方环阻抗膜与第二谐振层4的四方环贴片阻抗膜均能在不同频率处谐振，使入射时的电磁波能量以欧姆损耗的形式进行吸收；另一点，由于采用了多层结构，电磁波在入射后能够在双方环阻抗膜与对称四方环贴片阻抗膜的介质之间、对称四方环贴片阻抗膜与底板8的介质之间和第一谐振层1与底板8之间的介质之间等区域内发生共振，使得电磁波所携带的能量在其中来回反射并被吸收；所采用的多层结构通过结合这些吸收电磁波的方式，以达到一个超宽频带的高效电磁吸收。

如图2所示，第一谐振层1采用的双方环阻抗膜为双方环图案，所谓双方环阻抗膜图案，其分别由一个尺寸大的外方环以及中间放置一个尺寸稍小的内方环组成，双方环的外环边长9.3≤d

如图3所示，第二谐振层4采用的对称四方环贴片阻抗膜为对称四方环贴片图案，对称四方环贴片图案由一个中心方形贴片的四个角分别与四个方环各自的一个角相接组成；对称四方环贴片中四个方环尺寸相同，边长0.6≤d

如图4所示，第一PET衬底2厚度、第二PET衬底5厚度以及第三PET衬底7厚度均t

本实施例中，第一谐振层1的双方环图案的外环边长d

本发明结构简单对称，厚度薄，尺寸小(单元周期为12mm),且所使用的I TO薄膜技术成熟，便于加工，相对带宽达139.20％，对垂直入射的TE、TM波，在5.85-32.64GHz频带范围内，其吸波效率均达到了90％以上，吸收带宽为26.79GHz，相对带宽达139.20％；此外，由于第一谐振层1和第二谐振层4两层谐振层结构均具有良好的对称性，对入射电磁波具有极化不敏感特性，且对于斜入射时的电磁波也具有良好的吸波性能；所设计的谐振层图案均较为简单，所用的I TO薄膜材料技术成熟，价格便宜，十分适合大量使用；由于所采用的材料均具有较高的透明度，极大拓宽了其使用场景。

实施例2

本实施例提供了一种基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器的仿真试验，对实施例1中的基于多层阻抗膜结构的超宽带透明吸波器产生的技术效果加以验证说明。

具体的，本实施例采用CST电磁仿真软件在电磁波垂直入射情况下进行仿真，得到的反射和吸收性能结果如图5和图6所示，由图中曲线可见，在正入射情况下，该吸波器在5.85-32.64GHz频段内吸波率均达到90％以上，达到了所设计的预期效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。