一种螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体、吸收单元及吸收装置

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，更具体地，涉及一种螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体、吸收单元及吸收装置。

背景技术

随着计算机、无线电通讯技术的广泛应用，空间充斥了大量不同波长的电磁波，致使电磁波污染日益加剧。抑制电磁辐射污染的主要手段是电磁屏蔽技术，吸波材料可以将电磁干扰转化为热能而耗散掉，成为实现电磁屏蔽的途径之一。传统吸波材料有效吸收宽带主要在高频，而低频吸收差，整体吸收峰较低。电磁超材料的出现，为增强和调控吸波材料的性能提供了另一种可能。

电磁超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，它通过调节电磁波的传输周期或非周期单元结构的手段，赋予其独特的电磁特性。超材料的吸收性能主要取决于单元结构的几何形状、尺寸、排布等，因此单元结构的设计可以调整超材料吸收体的吸收特性。目前常见的超材料吸波体结构通常由顶层金属谐振层、中间吸波层、金属底板层三层组成。然而，部分超材料吸波体由于其有效吸收频段较窄而存在局限性，进而降低了其在实际应用中的价值。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的吸波体因其有效吸收频段较窄而存在局限性的缺陷，提供一种螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体、吸收单元及吸收装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体，包括

本技术方案提出的电磁波吸收体，可以在微波频段实现超宽带电磁波吸收，其主体结构为螺旋式层叠结构体，其中，每层吸波层绕轴线旋转一定的角度，进一步逐层堆叠形成结构体。且由下至上排布的吸波层中，随着堆叠层数的增加，其边长逐渐减少，使其获得良好的阻抗匹配性能，在更宽的频带范围内实现与自然空间的阻抗相匹配，从而实现宽频带的微波吸收。

作为优选方案，所述吸波层包括实心方块层或方形环。

作为优选方案，所述吸波层绕轴线逆时针旋转角度

作为优选方案，所述吸收体旋转总角度

作为优选方案，最底层的吸波层的边长为

其中，Δ

作为优选方案，所述吸波层边长逐层减少量Δ

作为优选方案，所述吸波层采用磁性吸波剂材料制成。

作为优选方案，所述吸波层采用羰基铁粉制成。

进一步地，本发明还提出了一种超宽带电磁波吸收单元，包括金属板，所述金属板上垂直设置有上述任一技术方案提出的螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体。

进一步地，本发明还提出了一种超宽带电磁波吸收装置，包括阵列设置的若干个如上述技术方案提出的超宽带电磁波吸收单元。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明采用螺旋式层叠结构的电磁波吸收吸波层，使电磁波的传播路径得到延伸，加强了电磁波散射，进而提高吸波材料对电磁波的衰减能力；本发明通过调整电磁波吸收体的形状样式和尺寸大小，使其获得良好的阻抗匹配性能，在更宽的频带范围内实现与自然空间的阻抗相匹配，从而实现超宽带的电磁波吸收。

附图说明

图1为实施例1的超宽带电磁波吸收体的结构示意图。

图2为电磁波垂直入射下的吸收率仿真效果图。

图3为实心方块层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图。

图4为方形环层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图。

图5为方形环螺旋式层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图。

图6为方形环螺旋式层叠结构吸波单元吸收率效果图。

图7为实施例3的超宽带电磁波吸收单元的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提出一种螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体，如图1所示，为本实施例的超宽带电磁波吸收体的结构示意图。

本实施例提出的超宽带电磁波吸收体中，包括

需要说明的是，电磁波吸收体，是指能吸收或者大幅减弱辐射到它表面的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类结构。电磁波吸收体主要通过其吸波层1材料的电磁损耗来吸收入射电磁波的能量。

其中，入射部分电磁波能通过电磁场与吸波材料产生相互作用，吸波材料以产生热量的形式将入射的部分电磁波能量成功转化为热能，造成电磁波的能量损耗；入射另一部分电磁波经底部金属板2反射，再从吸波材料的表面形成出射波，且传播方向不发生变化，出射波将和入射波的相位差正好是180度，振幅大小一致，导致电磁波在吸波材料中相互抵消，造成电磁波的能量损耗，即干涉相消现象。因此通过合理设计吸波材料结构的厚度来增加干涉相消可以提高吸波材料的微波损耗能力。

本实施例的电磁波吸收体中，其主体结构为螺旋式层叠结构体，每层吸波层1绕轴线旋转一定的角度，进一步逐层堆叠形成结构体，该结构设计使电磁波的传播路径得到延伸，加强了电磁波散射，进而提高吸波材料对电磁波的衰减能力。

此外，由下至上排布的吸波层1中，随着堆叠层数的增加，其边长逐渐减少，该结构的形状样式和尺寸大小设计能够使本实施例的电磁波吸收体获得良好的阻抗匹配性能，在更宽的频带范围内实现与自然空间的阻抗相匹配，从而实现宽频带的微波吸收。

在一可选实施例中，所述吸波层1包括实心方块层或方形环。

较优地，选择方形环作为吸波层1。相较于实心方块层叠结构的电磁波吸收体，采用方形环作为吸波层1能够减轻电磁波吸收体的整体重量。

进一步地，在一可选实施例中，所述吸波层1绕轴线逆时针旋转角度

较优地，所述吸收体旋转总角度

进一步地，在一可选实施例中，最底层的吸波层1的边长为

/>

其中，Δ

较优地，所述吸波层1边长逐层减少量Δ

当Δ

在一可选实施例中，所述吸波层1采用磁性吸波剂材料制成。

进一步可选地，所述吸波层1采用羰基铁粉制成。该磁性吸波剂材料的介电常数为0.7-3.1，磁导率为0.9-2.0。

实施例2

本实施例结合实施例1提出的螺旋式层叠结构的超宽带电磁波吸收体进一步说明。

本实施例中的超宽带电磁波吸收体采用方形环作为吸波层1并逐层搭建，其层数

本实施例的超宽带电磁波吸收体的旋转总角度

进一步地对参数Δ

本实施例结合如图2所示的电磁波垂直入射下的吸收率仿真效果图进行说明。

由图可知，当参数Δ

当参数Δ

进一步地，本实施例对实心方块层叠结构的吸波体、方形环层叠结构的吸波体、方形环螺旋式层叠结构的吸波体进行对比。

如图3所示，为电磁波垂直入射下的实心方块层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图。由图可知，实心方块层叠结构的吸波体在19.6-24.4GHz、27.3-29.8GHz两个频段内，反射损耗均在-10dB以上，吸收率不足90%。

如图4所示，为电磁波垂直入射下的方形环层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图。由图可知，方形环层叠结构的吸波体在18.1-24.2GHz频段内，反射损耗均在-10dB以上，吸收率不足90%。

如图5所示，为电磁波垂直入射下的方形环螺旋式层叠结构吸波体的反射损耗仿真结果图；图6为电磁波垂直入射下的方形环螺旋式层叠结构吸波单元吸收率效果图。

由图5、6可知，方形环螺旋式层叠结构的吸波体不仅保持了上述两个相似结构吸波体单元原有的宽带，并且在18.1-24.4GHz、27.3-29.8GHz双频段的反射损耗均在-10dB以下，并且该双频段的吸收率均高达90%以上，成功扩宽了吸收宽带，最终在6.5-40GHz频段内实现了完美吸收。

实施例3

本实施例提出一种超宽带电磁波吸收单元，如图7所示，为本实施例的超宽带电磁波吸收单元的结构示意图。

本实施例提出的超宽带电磁波吸收单元中，包括金属板2，所述金属板2上垂直设置有如实施例1所述的超宽带电磁波吸收体。

具体地，金属板2上垂直设置的电磁波吸收体采用螺旋式层叠结构，其中包括

进一步地，本实施例中的吸波层1选用方形环，且所述吸波层1采用羰基铁粉制成。

实施例4

本实施例提出一种超宽带电磁波吸收装置，包括阵列设置的若干个如实施例3提出的超宽带电磁波吸收单元。其中，所述超宽带电磁波吸收单元包括金属板2，所述金属板2上垂直设置有如实施例1所述的超宽带电磁波吸收体。

具体地，金属板2上垂直设置的电磁波吸收体采用螺旋式层叠结构，其中包括

进一步地，本实施例中的吸波层1选用方形环，且所述吸波层1采用羰基铁粉制成。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。