吸波结构

技术领域

本发明涉及隐身材料技术领域，具体地，涉及吸波结构。

背景技术

前沿隐身技术涉及多个学科与技术领域，应用十分广泛。从各种武器装备、飞行器的隐身到现代电子信息设备的抗干扰系统都是不可缺少的实用技术和组成部分。就武器而言，隐身技术是通过降低电器、武器或飞行器的光、电、热可探性而达到隐身目的的一种技术；或者说是采用多种技术措施，降低对外来信号(光、电、磁波、红外线等)的反射，使反射信号与它所处的背景信号难以区别，最大限度地减弱自身的特征信号。

传统磁性吸波材料可实现较窄频段内较强的吸收性能，但其电磁参数的频率敏感性较高，且不易调节，导致宽频设计难度较大；同时强吸收性能需要较高的磁性吸波剂填充比，容易导致阻抗失配，使其出现较大反射，降低吸波性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种吸波结构，从而为磁性吸波材料的宽频吸波设计提供便利，提升吸波性能。

根据本发明的一方面，提供一种吸波结构，包括：

由下至上依次层叠设置的反射层、吸波层、表面结构层，其中，

所述表面结构层包括由一圆环结构和多个枝节构成的手性超表面结构，所述手性超表面结构可将所述吸波层的吸收峰分离成两个吸收峰，以拓宽所述吸波层的吸波带宽。

可选地，所述反射层采用完美电导体制成，所述吸波层采用磁性吸波材料制成。

可选地，所述手性超表面结构的所述多个枝节沿所述圆环结构的切线延伸，且一端与所述圆环结构连接，所述多个枝节的另一端的延伸方向均与所述圆环结构的周向的正向或逆向的方向一致。

可选地，所述多个枝节与所述圆环结构的连接点沿所述圆环结构的周向均匀分布，所述多个枝节的宽度由与所述圆环结构连接的一端向另一端逐步减小，所述多个枝节的数量为四个。

可选地，所述吸波结构为方形结构，所述多个枝节的延伸方向与所述方形结构的边垂直或平行。

可选地，所述表面结构层包括多个所述手性超表面结构，且所述多个手性超表面结构呈周期排布，

其中，相邻所述手性超表面结构中心距离大于所述手性超表面结构的长度尺寸。

可选地，所述吸波结构被配置为通过调整多个所述手性超表面结构的数量调整所述两个吸收峰的峰值。

可选地，所述吸波结构被配置为在有效宽频吸收范围内，通过调整所述多个枝节的长度调整所述吸波带宽和/或反射率。

可选地，所述吸波结构的第一吸收峰随所述吸波结构的周期的增大而变浅，所述吸波结构的第二吸收峰随所述吸波结构的周期的增大而加深，所述第二吸收峰的频点频率大于所述第二吸收峰的频点频率。

可选地，在所述吸波结构的有效宽频吸收范围内，所述吸波结构的吸波带宽随所述多个枝节的长度的增加而增加，反射率随所述多个枝节的长度的增加而降低。

本发明提供的吸波结构包括依次层叠设置的反射层、磁性吸波材料层、手性超表面结构层，手性超表面结构层的手性超表面结构由圆环结构和沿圆环结构的切线延伸的多个枝节，其在磁性吸波材料层上加载手性超表面结构，引入了手性特征参数，引起电磁波的交叉极化而产生电与磁的耦合作用，将磁性吸波材料的主吸收峰分离为偏高频与偏低频的两个吸收峰，有效拓宽了吸波结构的吸波带宽，为磁性吸波材料的宽频吸波设计提供了便利。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的吸波结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的吸波结构的手性超表面结构层的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的吸波结构与现有技术的吸波结构的反射率曲线对照示意图；

图4、图5和图6示出了根据本发明实施例的吸波结构的各种结构参数下的反射率曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的吸波结构的结构示意图。

参照图1和图2，本发明实施例的吸波结构100包括依次层叠设置的反射层110、磁性吸波材料层120、手性超表面结构层130。在本实施例中，该结构单元为方形结构。

在本实施例中，反射层110的厚度为0.2毫米，材质为导电材料，用于反射经过磁性吸波材料层120入射至反射层110的电磁波，将该电磁波在此反射至磁性吸波材料层120再次吸收，保障吸收率。在本实施例中，反射层100为完美电导体(Perfect electricconductor，简称PEC)，实际使用中等效于金属材质或碳纤维复合材料等具有高导电特性的材料。

磁性吸波材料层120包括分散于介质基体中的磁性吸波剂，介质基体的厚度d＝3mm，通过磁损耗对入射至其表面的电磁波进行吸收。

在本实施例中，磁性吸波剂为羰基铁，在可选实施例中，磁性吸波剂为铁硅铝、铁氧体等。

在本实施例中，介质基体为纤维增强树脂基复合材料，在可选实施例中，介质基体的透波材料为树脂涂料、橡胶贴片、高分子复合材料、泡沫塑料等，对应的磁性吸波材料层120的吸波功能体为吸波涂料、吸波贴片、吸波预浸、吸波泡沐等。

手性超表面结构层130设置在顶层，其具有手性几何特征，可在吸波结构100中引入手性特征参数，引起电磁波的交叉极化而产生电与磁的耦合作用，将磁性吸波材料的主吸收峰分离为偏高频与偏低频的两个吸收峰，拓宽吸波材料吸波带宽。

在本实施例中，手性超表面结构层130的周期(或吸波结构100的周期(单元尺寸))a＝22mm，即对应吸波结构100的尺寸拓展，在磁性吸波材料层120上按照上述周期，周期性设置手性超表面结构即可实现吸波结构100的尺寸拓展。

其中，手性超表面结构层130的周期a对应相邻手性超表面结构的中心距离。

图2示出了根据本发明实施例的吸波结构的手性超表面结构层的结构示意图。

参照图2，吸波结构100的手性超表面结构层130的手性超表面结构包括一圆环结构131和多个枝节132，多个枝节132的一端连接至圆环结构131，且沿圆环结构131的切线延伸，多个枝节132与圆环结构131的连接点沿圆环结构131的周向分布，且多个枝节132的另一端的延伸方向均与圆环结构的周向的正向或逆向的方向一致(与风车结构类似，手性花形结构)，形成手性表面结构。

在本实施例中，手性超表面结构层130的手性超表面结构的圆环结构131的内直径r为2毫米，整体长度c为12毫米(长度尺寸小于排布周期a)，多个枝节132包括四个枝节，且连接点沿圆环结构131的周向均匀分布，对应每一个枝节的延伸方向与吸波结构100的方形的结构单元(以图1所示的结构为参考)的边垂直或平行。需要说明的是，本申请对吸波结构100的具体参数不作特别限定，其具体参数可根据实际需求相应调整，即本申请的吸波结构100的具体实施不限于上述结构参数。

在可选实施例中，手性超表面结构层130的手性超表面结构的多个枝节132包括三个枝节或六个枝节，且均匀分布，对应的吸波结构的结构单元为三角形或六边形，各枝节的延伸方向与结构单元的边平行或成60°、120°夹角。对应的，手性超表面结构层130的手性超表面结构的周期排布为蜂窝型排布。

在本实施例中，多个枝节132的枝节宽度由与圆环结构131连接的一端向另一端逐步减小，且为线性减小。

图3示出了根据本发明实施例的吸波结构与现有技术的吸波结构的反射率曲线对照示意图。其中，无手性超表面结构层130的吸波结构100即对应现有技术的吸波结构，虚线对应现有技术的吸波结构的反射率曲线，实线对应本发明实施例的吸波结构100的反射率曲线。

参照图3，从反射率曲线图中可以看出，未加载手性超表面结构的吸波结构只在3.1GHz出现1个主要的吸收峰，峰值达到-45.6dB，有效吸波带宽(反射率小于-10dB)为1.69GHz(频率范围2.43GHz～4.12GHz)，中心频点的51.6％。

磁性吸波材料层120表面加载手性超表面结构后，吸波结构100的主吸收峰被分离为两个偏低频和偏高频的吸收峰，两个吸收峰频点分别为2.27GHz和3.24GHz，峰值分别达到-14.77dB和-13.74dB，有效吸波带宽(反射率小于-10dB)拓宽到了2.24GHz(频率范围2GHz～4.24GHz)，中心频点的71.79％。

即本发明实施例的吸波结构100的手性超表面结构层130的手性超表面结构的加载有效地在吸波结构100中引入了手性特征参数，引起电磁波的交叉极化而产生电与磁的耦合作用，将磁性吸波材料的主吸收峰分离为偏高频与偏低频的两个吸收峰，两个吸收峰具有一定的连续性，形成了宽频吸波性能，起到拓宽吸波材料吸波带宽的作用。

且手性特征参数是一种纯粹的几何特征，不受物理化学性能影响，调整手性参数的难度远低于调整电磁参数的难度，手性参数的频率敏感性弱于电磁参数，更易实现宽频吸波需求。

图4、图5和图6示出了根据本发明实施例的吸波结构的各种结构参数下的反射率曲线图。其中，图4对应手性超表面结构层130的手性超表面结构的周期a的变化对吸波结构100的反射率影响，图5对应手性超表面结构层130的手性超表面结构的手性超表面结构的圆环结构131的内直径r的变化对吸波结构100的反射率影响，图6对应手性超表面结构层130的手性超表面结构的手性超表面结构的整体长度c的变化对吸波结构100的反射率影响。

参照图4，当手性超表面结构层130的周期大小发生变化时，其两个吸收峰频点变化较小，峰值变化较明显，2GHz附近的吸收峰(第一吸收峰)峰深随着周期的增大而变浅；3GHz附近的吸收峰(第二吸收峰)则出现相反的趋势，随着周期的增大而加深。

参照图5，当调整手性超表面结构的圆环结构131的内直径r时，吸波结构100的反射率曲线变化不明显，随着圆环结构131的内直径r的增大，吸收峰出现微弱红移。

参照图6，当调整手性超表面结构的整体长度c时，吸波结构100的偏高频吸收峰未发生明显变化，而偏低频吸收峰向低频方向移动，两个吸收峰逐渐分离，使其吸波频带进一步拓宽，但当吸波带宽拓宽到一定程度后，两个吸收峰距离较大，使得两个吸收峰之间频段性能恶化，导致无法形成宽频吸收，即在吸波结构100的有效宽频吸收范围内，吸波结构100的吸波带宽随多个枝节132的长度的增加而增加，反射率随多个枝节132的长度的增加而降低。

本发明提供的吸波结构包括依次层叠设置的反射层、磁性吸波材料层、手性超表面结构层，其在磁性吸波材料层上加载手性超表面结构，引入了手性特征参数，引起电磁波的交叉极化而产生电与磁的耦合作用，将磁性吸波材料的主吸收峰分离为偏高频与偏低频的两个吸收峰，在不改变磁性吸波材料层的电磁参数、结构参数和成型工艺的情况下，有效地拓宽了吸波结构的吸波带宽。

且引入的手性超表面结构的手性参数易于调节，便于根据实际需求调节吸波结构的吸收峰频点，提高实用性。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。