电磁辐射吸收器
专利汇可以提供电磁辐射吸收器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于吸收 波长 范围在λmin至λmax内的 辐射 的 电磁辐射 吸收器。该吸收器具有与 电介质 层 接触 的导电层。导电层带有多个子波长大小的孔径，并且吸收器的厚度小于λmin/4n，其中n为电介质的折射率。电介质层可被夹在两个导电层之间，其中一个导电层具有上述结构。本 发明 还针对包含这种吸收器的不同物品。，下面是电磁辐射吸收器专利的具体信息内容。
1、一种电磁辐射吸收器，用于吸收波长范围在λmin至λmax内的辐 射，所述电磁辐射吸收器包含夹在第一和第二导电层之间的电介质 层，其中所述第一导电层带有多个子波长尺寸的孔径，并且其中所述 吸收器的厚度小于λmin/4n，其中n为所述电介质的折射率。
2、一种电磁辐射吸收器，用于吸收波长范围在λmin至λmax内的辐 射，所述电磁辐射吸收器包含与电介质层接触的导电层，其中所述导 电层带有多个子波长尺寸的孔径，并且其中所述吸收器的厚度小于 λmin/4n，其中n为所述电介质的折射率。
3、如权利要求1或2所述的e/m辐射吸收器，其中所述材料的厚 度小于λmin/10。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的e/m辐射吸收器，其中所 述孔径为狭缝结构。
5、如权利要求4所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝结构本质 上为周期性的。
6、如权利要求4或5所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝结构 为弯曲形的。
7、如权利要求4或5所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝结构 包含一系列非平行狭缝。
8、如权利要求4或5所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝结构 包含平行狭缝布置。
9、如权利要求8所述的e/m辐射吸收器，其中所述被吸收辐射的 波长λ由如下关系确定：
λ≈2nG/N
其中λ是发生最大吸收时范围在λmin至λmax的所述波长，n是所述 电介质的折射率，G是所述狭缝间隔以及N是大于或等于1的整数。
10、如权利要求4或5所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝结构 包含两个正交组的平行狭缝。
11、如权利要求4或5中任何一项所述的e/m辐射吸收器，其中所 述狭缝结构包含三组以60度方位角间隔的平行狭缝。
12、如权利要求4至11中任何一项所述的e/m辐射吸收器，其中 所述狭缝宽度小于400微米。
13、如权利要求12所述的e/m辐射吸收器，其中所述狭缝宽度小 于50微米。
14、如前面权利要求中任何一项所述的e/m辐射吸收器，其中所述 电介质的折射率可被有效改变。
15、一种粘合胶带，包含按照前面权利要求中任何一项所述的e/m 辐射吸收器。
16、一种汽车，其中所述汽车表面的一部分覆盖有按照权利要求1 至13中任何一项所述的e/m辐射吸收器。
17、一种应用于建筑物的面板涂层，其中所述面板覆盖有按照权 利要求1至13中任何一项所述的e/m辐射吸收器。
18、一种用于微波的加热元件，包含如权利要求1至13中任何一 项所述的e/m吸收器。
19、一种标记系统，包含如权利要求1至13中任何一项所述的e/m 吸收器。
本发明涉及电磁辐射吸收或衰减装置领域，并具体涉及微波辐射 吸收器领域。
电磁辐射吸收材料(RAM)应用范围广泛。例如，TV信号的多路 径反射可导致图像重影。可衰减反射的辐射的材料(例如铁氧体瓦) 能改进信号质量。
在飞机场，监视雷达信号被机场的建筑物反射，从而导致杂散的 二次雷达发射。为了减少这些二次发射，一些机场的建筑物(例如英 国希斯罗机场的世界货运中心)覆盖有雷达吸收材料。
RAM还用于汽车工业。当前和未来的汽车设计现在通常包括基于 用来帮助停车操作和监控行驶途中汽车间距(即碰撞警告系统)的雷 达系统的汽车。一般只有从车前部/后部的直线反射是所希望的，并且 因此可吸收的涂层被用来减少杂散反射。
两个常见的辐射吸收系统是索尔兹伯里屏(参见美国2599944) 和基于磁性漆层的布置。
索尔兹伯里屏基本上是有损耗材料(例如碳化纤维)，它通常被 电介质间隔材料保持在距离金属衬板表面四分之一波长处。这种布置 遭遇了体积大和难以应用于复杂几何结构的物体的困难。针对典型的 机场应用，在给出荧屏厚度达7.5cm(精确厚度取决于组成材料的折 射率)时，所讨论的辐射具有大约为30cm的自由空间波长。
磁性漆层布置通常包含覆盖有磁性漆层的金属衬板表面。这种布 置没有索尔兹伯里屏厚但是比它重。
因此本发明的目的在于提供电磁辐射吸收材料，所述的电磁辐射 吸收材料基本上克服或缓和了与现有技术系统有关的问题，即那些重 量、大小和挠性的问题。
按照本发明的一个方面，提供了用于吸收波长范围在λmin至λmax 内的辐射的电磁辐射吸收器，所述的电磁辐射吸收器包含夹在第一和 第二导电层之间的电介质层，其中第一导电层带有多个子波长尺寸的 孔径，并且其中吸收器的厚度小于λmin/4n，其中n为电介质的折射率。
应当注意的是，上述提及的波长是指真空波长。
本发明提供了充当辐射吸收装置的多层结构。第一和第二导电层 之间夹有电介质芯。其中一个导电层包含多个子波长孔径(即，至少 一个尺寸小于λmin)，这些孔径使电介质芯暴露于空气中。
孔径可以是小的、离散的十字或L-形状，但更为适宜的是狭缝， 其中狭缝的宽度小于λmin。
应当注意的是，导电层不必直接与电介质芯接触。例如，可以有 一层薄的粘合层或其它材料层将它们分开。
在所关注的电磁波长处具有金属响应的任何材料可被用作导电材 料。这种材料的厚度必须是对目标波长来说至少部分不透明的(这由 技术人员已知的趋肤深度计算结果来确定)。例如，对于微波应用， 导电层厚度通常为5微米和大于5微米的量级。
当某一波长的辐射入射到第一导电层上时，该辐射被多层结构所 吸收。多层结构的总厚度小于四分之一波长，并且因此比现有技术系 统更薄、更轻，而且体积远比索尔兹伯里屏小。它还可以这样的方式 被设计成具有挠性，使得它能够应用于曲面。
本发明的上述方面提供了两层导电层以此形成吸收器。然而，如 果材料被应用于金属表面(例如汽车)，则只需要第一导电层和芯层， 因为材料一应用于结构，金属结构本身就将充当第二导电层。
因此，按照本发明的另一方面，提供了用于吸收波长范围在λmin 至λmax内的辐射的电磁辐射吸收器，所述的电磁辐射吸收器包含与电 介质层接触的导电层，其中导电层带有多个子波长尺寸的孔径，并且 其中吸收器的厚度小于λmin/4n，其中n为电介质的折射率。
如上所述，孔径可采用离散的十字形式、L形状或更为适宜的狭 缝。
[注意：下面的讨论应用于本发明的两个方面]
其便利在于，当吸收器的厚度远远小于入射辐射的四分之一波长 时，吸收器还将吸收辐射。例如，在材料厚度等于入射辐射波长的 1/10th、1/100th甚至几个1/1000ths的情形中，辐射将被吸收。
第一导电层上的狭缝布置影响了结构所吸收的辐射的一个波长或 多个波长。狭缝布置最好是周期性的。
最好是，狭缝布置包含平行狭缝。发明人已经确定：对于平行的 狭缝布置，波长λ的辐射将按照下列关系被吸收：
λN≈2nG/N
其中λ是最大吸收发生时范围为λmin至λmax的波长，n是芯的折 射率，G是狭缝间隔以及N是整数(≥1)。注意：假定狭缝比波长窄。 还假定，辐射被线性偏振，使得电场矢量的方向垂直于狭缝轴(即狭 缝长度)：根据本研究领域常见的定义，如果入射平面平行于狭缝， 则辐射必然是TE-(s-)-偏振(电矢量垂直于入射平面)；如果入射平 面平行于入射平面，则辐射必然是TM-(p-)-偏振(电矢量位于入射 平面内)。
从上述关系中可以看出：被吸收的辐射波长与狭缝间隔G以及芯 的折射率线性相关。改变这些参数之中任何一个将使特定波长被该结 构所吸收。
还可以看出，辐射还会在对应于不同N值的多个波长处被吸收。
当芯的宽度等于狭缝宽度时，该等式为最精确的近似值。如果狭 缝宽度减少，则将存在有共振将逐渐向更长波长的变化(精确变化与 狭缝宽度和芯的厚度的比率有关)。
还应当注意，如果辐射是垂直入射到该结构上的，则只有N的奇 数值产生共振。
功率被芯以及在一定程度上被金属包层所耗散，并且因此这些材 料的介电常数和渗透率是设计过程中的重要参数。
为了去除对与入射辐射有关的样本方位取向的任何相关性，第一 金属层最好包含两个正交组的平行狭缝(“双光栅”布置)，这还具有 减少偏振效应的优点。使用单组平行狭缝(“单光栅”布置)，对于任 何取向，只有一个线性偏振被吸收(即电场部件垂直于狭缝方向的偏 振状态)。然而，双光栅布置吸收两种偏振。
更可取的是，对于平行狭缝布置，应当存在有三组以60度方位 角间隔的平行狭缝布置(即形成三角形图案)。
对于“宽”狭缝(即可与入射辐射波长相比较的狭缝宽度)，吸 收波长按照辐射入射到第一金属层表面的角度而变化。当狭缝宽度减 小时，则角度相关性变得不明显。因此，最好是，狭缝比将被吸收的 辐射波长更细。
对于对应于以及紧密接近于电磁光谱的微波区域(例如λ通常处 于毫米到米的范围内)的波长λ，狭缝宽度通常小于400微米并且最 好是小于50微米。
其便利在于，为了控制将被吸收的辐射的波长，被选择用于芯的 材料能够改变它的折射率。例如，聚合物分散型液晶材料可被用作芯。 如果吸收器结构被布置以使电压可被施加于芯材料的两端，则其折射 率可被改变并且被吸收的波长将以特定的方式变化。
上述布置基本上是窄带吸收器(例如，对于基于围绕共同聚合物 芯的、带有近似10mm的狭缝间距以及3mm的狭缝宽度的单光栅结构， 辐射在波长范围为28-35mm[λmin至λmax]内被吸收，其最大吸收波长为 32mm)。
然而，如果狭缝间距在整个第一金属层表面上被改变，那么吸收 将在更宽的波长范围内发生。采用弯曲、扭结或倾斜的狭缝将会因此 引起更宽的工作波带。
按照本发明的RAM可被加入结构范围，例如，加到建筑物上以减 少雷达反射以及加到汽车上。
按照本发明的RAM可被构造成具有挠性。如果它被涂上粘合材 料，则它可以胶带或贴膜的形式被应用于任何所关注的表面。可构造 非常薄的吸收器(相对于将被吸收的辐射波长)的能力意味着它能有 效地模制到任何表面。
按照本发明的RAM的另一用途包括能被调谐以此吸收微波并因此 充当加热元件的微波颗粒的包装。
按照本发明的RAM还可用于标记系统。例如，吸收器能够以类似 条形码图案被施加于表面。用已知将被RAM吸收的辐射照射表面，接 下来将会显现出“条形码”图案。另外，对于一系列RAM的“样本 (swatch)”，被调谐至不同波长的每一个都可被布置在将被标记的物 品上以形成标记码。
其中本发明包含三层结构(即，金属-电介质-金属层)，通过在第 二导电层以及第一导电层中提供多个子波长狭缝结构而构成频率可选 结构也是可能的。该结构充当了窄带滤波器并且被传输辐射的波长能 通过改变两个导电层表面上的狭缝阵列的相对排列而发生变化。
下面，仅仅通过举例的方式并参考附图对本发明的实施例进行描 述，其中：
图1示出的是按照本发明的电磁辐射吸收器的基本代表；
图2示出的是按照本发明的另一吸收器；
图3示出的是图2带有单光栅狭缝结构的结构、作为波长的函数 的反射系数的图表；
图4示出的是单光栅狭缝布置的dB中反射损失对波长的关系曲 线图；
图5示出的是双光栅狭缝布置的部分反射与波长的关系曲线图；
图6示出的是宽带吸收的狭缝布置；
图7示出的是图6的狭缝布置的部分反射对波长的关系图；
参考图1，多层电磁辐射吸收材料包含第一导电层1和第二导电 层3。导电层1、3夹着电介质芯5。
第一导电层1具有多个狭缝(间距7和宽度9)。
在一个构造为用作微波吸收器的吸收器示例中，每个铜导电层1 和3的厚度为18微米，并且电介质的厚度大约为360微米。狭缝间距 为10mm，且狭缝宽度为50-400微米。这种结构导致了大约在40mm波 长处的吸收。应当注意的是材料的总厚度(近似400微米)大约是入 射辐射波长的1/100th。
图2示出的是按照本发明的辐射吸收器的另一示例。在这种情况 下，铜层11和13夹着聚酯层15。上部铜层11包含狭缝布置12。
图2的结构通过本身催化地将铜层11沉积到聚酯层15上而被构 造成。感光材料17被用来促进沉积反应。粘合层19将聚酯层15粘合 到底部铜层13。
在构造和测试的示例中，铜层11的厚度为1.5-2微米，感光层17 的厚度大约为3-4微米，聚酯层15的厚度大约为130微米，粘合层19 的厚度大约为60微米以及底部铜层的厚度为18微米。
图2材料的不同样品已被测试。图3示出的是间距为10mm的单 光栅狭缝结构的结果。能够看出，尖的吸收波谷能在大约32mm处可 见。在该点，反射系数大约为0.003-0.004。
图4示出的是样本上单光栅狭缝布置的dB中反射损失对波长的 关系曲线，其中总厚度大约为0.5mm，并且导电层(在这个例子中为 铜)的厚度大约都为0.1mm。狭缝宽度为0.3mm以及狭缝间距为10mm。 辐射以20度角入射到材料表面(注意：零度方位角意味着入射平面 垂直于狭缝方向)。
可以看出，吸收器相对于入射辐射偏振的取向影响了样本的吸收 特性。当入射辐射的电子部件垂直于凹槽方向(即，以90度方位角 的TE偏振辐射)时，则会有强烈的吸收。当它平行时，则没有吸收。
图5示出的是部分反射与波长的关系曲线图。在这个例子中，狭 缝结构是双光栅布置。材料本身具有大约与图4相同的尺寸，并且两 组平行狭缝的间距为10mm。可以看出，材料的方位角取向现在对材 料的吸收特性没有影响。
图6示出的是被设计成可展宽产生吸收的波段的狭缝布置。在这 里，单光栅布置中每隔一个狭缝被轻微扭曲。对于周期性摆动间距的 曲线，可获得相似的结果。尺寸如下：a＝20mm、b＝15mm以及c＝45cm。
图7示出的是图6的布置的、作为部分反射对波长的关系曲线的 结果。与双光栅布置相比，吸收发生在更宽的波长范围内。
尽管上述示例与毫米至厘米波长的吸收相关，但是技术人员将会 了解：为了产生能够吸收e/m光谱的其它部分中的辐射(例如红外、 微波等)的电磁辐射吸收材料，上述的原理可和不同的狭缝结构和层 的厚度一起被应用。
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