一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料专利检索-形式要求专利权专利检索查询-专利查询网

一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料

阅读：554发布：2021-06-11

专利汇可以提供一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种将水滴引入到超材料设计中的方法，实现了对入射自由空间电磁波在较宽频带范围内的吸波。该方法利用特殊形状设计的水滴与介质板结合，形成具有特殊谐振模式的电磁谐振单元，实现了较好的阻抗匹配。同时，利用水的特殊电磁特性，将大部分入射电磁能量以热能的形式耗散掉，实现了对入射电磁波进行宽带有效吸收。该超材料由周期排列的人工谐振单元结构组成，每个单元结构均由三部分组成：底层金属板、中间介质板和水。将单面覆铜的介质板按仿真设计的要求凿出倒圆台状的孔，再在介质孔中填充定量的水滴即构成所设计的单元结构。本发明的优点是：样品较薄，制备简单，可以在较宽频带范围内实现良好的吸波，同时通过控制介质孔中水滴的量可以实现对吸波频带的调节。，下面是一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料专利的具体信息内容。

权利要求

1.充分利用水的特殊电磁特性，将其引入作为谐振媒质，基于人工电磁超材料的奇异谐振模式设计了一种加载水滴的宽带吸波人工电磁超材料，实现对入射电磁波的有效宽带吸收。在实现宽频带吸波的同时，该材料通过控制水滴的形状以及水量的多少还可以实现吸波带宽的可调谐。本发明结构简单，利用机床打孔技术极易制备，并且具有宽带吸波、频段可调的优点。
2.宽带吸波的电磁超材料是由水，中间介质层和底层金属反射面构成。将单面覆铜的介质板按仿真设计的要求凿出周期排列的圆孔，再在凿出的孔中填充定量的水滴，即为本专利设计的加载水滴的新型宽带人工电磁吸波材料。
3.根据权利要求1和2所述的对入射电磁波实现宽频带范围内吸波的超材料，其功能是利用填充在形状经特殊设计的介质孔中的水滴与介质衬底共同形成的一种特殊的谐振模式对入射电磁波实现良好的阻抗匹配，减少反射，同时利用水的高损耗特性，将入射的电磁能量转换成热能耗散掉，从而实现电磁波的宽带有效吸收效果。

说明书全文

一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料

技术领域：

[0001] 本发明设计了一种加载水滴的新型人工电磁超材料，实现了在较宽频带内对入射自由空间电磁波的吸收控制。核心部分是设计特定形状、尺寸的介质孔，在介质孔中填充定量的水滴，组成一种具备特殊电磁谐振模式的亚波长人工单元结构。利用形状经过特殊设计的水滴与介质衬底的结合，可以对入射电磁波实现良好的匹配，同时利用水的高损耗特性，将入射电磁能量转换为热能耗散掉，实现电磁波的宽带有效吸收效果。同时，此超材料能够通过控制介质孔中水滴的水量，实现吸波频带的可调谐。本发明结构简单，模具结构可重复使用。背景技术：

[0002] 人工电磁材料，是指电磁参数可人为设计控制的一类新型人工复合电磁材料。因其具备自然界材料所没有的奇异电磁参数和电磁特性，近年来人工电磁超材料得到了快速的发展。人工电磁材料的引入，对吸波材料的发展产生了重大的影响。吸波材料对电磁波的吸收效果很大程度上取决于吸波材料的电磁特性，人们发现，通过合理设计人工电磁材料的特征单元的大小、结构、形状、以及基底的材料，可设计实现人工电磁吸波超材料。与传统吸波材料相比较，人工电磁吸波超材料具有带宽更宽，样品更薄，带宽可调等优点。人工电磁吸波材料的快速发展使得其在无线广播频段到光学波段，民用吸波和军事隐身上都得到了广泛的应用。本专利提出的加载水滴的人工电磁吸波超材料，实现了的宽带有效吸波效果，且吸波频带可调谐。同时，本专利具有材料结构简单、方便制备等优点，便于重复多次使用。发明内容：

[0003] 发明目的：本发明设计了一种加载水滴的新型宽带人工电磁吸波超材料，能实现在宽频带范围内对入射自由空间电磁波的有效吸收。本专利提出的吸波超材料，样品厚度仅为中心波长的十分之一倍，实现了有效宽频带吸波的效果，且通过控制样品介质孔中水滴的量，可以灵活的调控吸波频带。

[0004] 技术方案：本发明所述加载水滴的新型宽带人工电磁波吸收超材料有三种材料组成：水滴、中间介质板和底层金属反射面。首先，通过覆膜工艺在厚度为2.96mm的FR4介质板背面覆盖一层厚度为0.018mm的铜膜，作为全反射金属背板。在FR4介质板上表面凿出周期排列的倒圆台状的孔(孔的尺寸经专门优化设计)，再在介质孔中填充等量的水滴，即构成本发明设计的人工电磁超材料。实验中，采用移液器来控制每个介质孔中水滴的量。为了达到良好的吸波效果，需要在吸波材料工作频带内，减小入射电磁波在材料表面的反射，将更多的电磁能量引入到吸波材料中，因此需要实现波阻抗宽带匹配，即吸波材料的波阻抗等于空气的波阻抗。根据波阻抗的计算公式：

[0005]

[0006] 空气中的波阻抗近似等于真空中的情况。因此，为实现阻抗匹配，需要控制吸波结构的等效相对介电常数和等效相对磁导率。介电常数和磁导率通常用复数进行表示：

[0007] εr＝Re(εr)+j Im(εr)

[0008] μr＝Re(μr)+jIm(μr)

[0009] 由上式可知，当介电常数与磁导率的实部和虚部分别相等，即可实现空气波阻抗和吸波结构波阻抗的完美匹配。即：

[0010] Re(εr)＝Re(μr)

[0011] j Im(εr)＝jIm(μr)

[0012] 实现良好的阻抗匹配，能够有效的减少反射，使得更多的电磁能量进入到吸波材料中。本文引入了水这种在微波段具有特殊电磁特性的材料，在X、Ku波段，水的损耗角正切由0.3逐渐升高至0.8左右。本发明设计的特殊形状的水滴与介质衬底相结合，对入射电磁波实现了良好的阻抗匹配，减小了材料表面对入射电磁波的反射。同时利用水在微波段损耗较大的特性，以及电磁波在水滴中形成的特殊谐振模式，将入射的电磁能量转换为热能消耗掉。在较宽频带范围内，实现了90％以上的吸波效果。同时通过控制介质孔中水滴的量，可以有效的调节吸波频带。

[0013] 有益效果：1、可对倍频带宽的范围内，对入射电磁波产生有效吸收的效果；2、通过控制介质孔中水滴的量，可以实现吸波带宽的可调谐；3、水在微波段具有特殊的电磁特性，同时水滴具有形状任意可调的优点，使得载入水滴的人工电磁吸波超材料在军事和民用中，将得到广泛应用。附图说明：

[0014] 图1是本发明实验中所使用的弓形架测量系统。

[0015] 图2是本发明的超材料单元结构模具主视图。

[0016] 图3是本发明的超材料实验样品主视图。

[0017] 图4是本发明的吸波超材料仿真吸波结果图。

[0018] 图5是本发明的吸波超材料实际测量结果图结果图。

[0019] 图6是本发明的吸波超材料仿真结果与实际测量结果对比图。

[0020] 在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。具体实施方式：

[0021] 下面结合附图，通过具体的实施案例详细说明本发明的技术方案。

[0022] 实施例：参考图1-3描述的分别是实验测量中使用的弓形架测量系统，本发明的超材料单元结构图、实验所用的超材料样品图。

[0023] 本发明所设计的结构是在单面覆铜的FR4介质板上凿出周期排列的倒圆台状的孔，再在介质孔中填充定量的水即构成了我们所设计的人工电磁吸波超材料，其中FR4介质板的介电常数为4.3，损耗角正切值为0.025，FR4介质板厚度为2.96mm，金属铜板的厚度为0.018mm，。本发明设计的超材料的大小为240mm*260mm。

[0024] 电磁波入射到形状经过特殊设计的水和介质材料相结合的超材料表面，产生了较好的阻抗匹配的效果，减小了对入射电磁波的反射。利用水滴中产生的特殊的谐振模式和水在微波频段损耗较大的介电特性，使得入射到超材料中的电磁能量转换为热能耗散掉，从而实现吸波的目的。

[0025] 以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属于本发明专利覆盖的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
大环喹唑啉衍生物及其作为MTKI的用途	2020-05-11	291
程序执行处理终端装置和程序执行处理方法	2020-05-11	385
能确认连接的信息处理系统、装置和方法及记录装置、系统和方法以及节点与终端设备的对应关系的获得方法、电子计算机、终端设备和程序记录媒体	2020-05-12	75
咪唑衍生物	2020-05-11	56
新型异喹啉衍生物	2020-05-12	282
作为11B-HSD1抑制剂的咪唑烷酮衍生物	2020-05-12	987
芳基－吡啶衍生物	2020-05-12	595
程序执行处理终端装置、程序执行处理方法及程序	2020-05-11	903
新型β-氨基酸衍生物	2020-05-11	785
合成多糖和含有它们的药物组合物以及其用途	2020-05-11	560

一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料

一种加载水滴的新型宽带可调人工电磁吸波超材料

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：