阅读说明：本技术 一种超薄的宽带超材料吸波器单元 (Ultra-thin broadband metamaterial wave absorber unit ) 是由 陈磊 于 2020-05-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超薄的宽带超材料吸波器单元,包括依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属地,表层金属结构层包括第一金属方环、第二金属方环和第一方形金属贴片,第一金属方环与第二金属方环的上下边框均存在开口,并通过电阻贴片相联接而形成闭环,第一方形金属贴片位于中央,整个表层金属结构层中心对称。本发明通过采用加载电阻贴片元件的金属方环结构,在相对宽的频率范围内实现了对电磁波的吸收,同时其结构简单,易于加工制造。(The invention discloses an ultrathin broadband metamaterial wave absorber unit which comprises a surface metal structure layer, a middle medium plate layer and a bottom metal ground, wherein the surface metal structure layer, the middle medium plate layer and the bottom metal ground are sequentially arranged, the surface metal structure layer comprises a first metal square ring, a second metal square ring and a first square metal patch, openings are formed in the upper frame and the lower frame of the first metal square ring and the upper frame and the lower frame of the second metal square ring, the openings are connected through a resistance patch to form a closed ring, the first square metal patch is located in the center, and the whole surface metal structure layer is centrosymmetric. The invention realizes the absorption of electromagnetic waves in a relatively wide frequency range by adopting the metal square ring structure loaded with the resistance patch element, and meanwhile, the structure is simple and is easy to process and manufacture.)

一种超薄的宽带超材料吸波器单元

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料技术领域，特别涉及一种在微波段超薄的宽带超材料吸波器单元。

背景技术

超材料是一种三维的人工复合材料，与天然材料相比，其具有独特的电磁特性。超材料是由结构尺寸远小于波长的基本单元周期或非周期地排列而成的。通过对超材料单元的结构进行合理地设计与优化，可获得任意的等效电磁参数，极大程度上拓宽了对电磁波的调控空间。由于其丰富的电磁特性，超材料引起了研究人员的广泛关注，其可实现多种应用，例如超级透镜、电磁黑洞和完美吸波器等。除了可以工作在微波频段以外，超材料还应用于太赫兹波段、红外波段、光学波段乃至声波段。

超材料吸波器，是能够将入射的电磁波能量部分或全部转换为其他能量形式的一种电磁功能材料。通过吸收电磁波可以降低雷达散射截面积，还可实现军事上的隐身等应用。超材料的吸波能力，主要依赖于金属结构的谐振特性，因而通常为窄带吸收，为了拓宽超材料吸波器的带宽，可通过设置多个谐振结构或堆叠多层金属结构解决。但是加工工艺难度大，不利于实际应用。

吸波器的设计的目标在于，在一段频段范围内实现高吸收特性，并且其结构的厚度应当尽可能得小。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超薄的宽带超材料吸波器单元，采用加载电阻贴片元件的金属方环结构，在15.2GHz-36.8GHz频段范围内实现了对电磁波的高效吸收。同时相比于多层金属堆叠的方法，其具有超薄的特点，以及更为简单的结构，易于加工制造。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超薄的宽带超材料吸波器单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属接地；所述表层金属结构层包括贴附于上层介质板层上表面的第一金属方环、第二金属方环和第一方形金属贴片，第一金属方环上下边框均存在开口，并通过第一电阻贴片和第四电阻贴片相联接而形成闭环，第二金属方环上下边框均存在开口，并通过第二电阻贴片和第三电阻贴片相联接而形成闭环，第一方形金属贴片位于中央，整个表层金属结构层中心对称。

进一步的，所述基本单元的周期边长p为6.4-6.6mm；所述第一金属方环的外边框的边长a1为5.9-6.1mm，第一金属方环的内边框的边长a2为4.7-4.9mm，第二金属方环的外边框的边长b1为4.1-4.3mm，第二金属方环的内边框的边长a2为2.7-2.9mm，第一金属方环和第二金属方环的上下边框的开口的宽度g均为0.4-0.6mm，所述第一方形金属贴片的边长c为2.2-2.4mm；所述中间介质板层的厚度h1为1.42-1.62mm，介电常数为0.8-1.2，损耗角正切为-0.003-0.003；所述底层金属接地的厚度h2为0.09-0.11mm。

优选的，所述基本单元的周期边长p为6.5mm；所述第一金属方环的外边框的边长a1为6.0mm，第一金属方环的内边框的边长a2为4.8mm，第二金属方环的外边框的边长b1为4.2mm，第二金属方环的内边框的边长a2为2.8mm，第一金属方环和第二金属方环的上下边框的开口的宽度g均为0.5mm，所述第一方形金属贴片的边长c为2.3mm；所述中间介质板层的厚度h1为1.52mm；所述底层金属接地的厚度h2为0.1mm。

进一步的，所述电阻贴片阻值的设置分别为第一电阻贴片的阻值为300Ω，第二电阻贴片的阻值为43Ω，第三电阻贴片的阻值为470Ω，第四电阻贴片的阻值为600Ω。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过采用加载电阻贴片的金属结构，使超材料实现了宽带吸波的特性。

2.本发明具有一定的带宽特性，超材料吸波器单元在宽频带内均能实现吸波功能。

3.本发明加工简单，便于实现，仅依靠简单的金属图样，在微波频段内易于制备加工。

附图说明

图1是本发明中基本单元的正面结构示意图；

图2是本发明中基本单元的截面结构示意图；

其中：1-表层金属结构层，11-第一金属方环，12—第二金属方环，13-第一方形金属贴片，2-电阻贴片，21-第一电阻贴片，22-第二电阻贴片，23-第三电阻贴片，24-第四电阻贴片，3-中间介质板层，4-底层金属接地；p为基本单元的周期边长，a1为第一金属方环的外边框的边长，a2为第一金属方环的内边框的边长，b1为第二金属方环的外边框的边长，b2为第二金属方环的内边框的边长，c为第一方形金属贴片的边长，h1为中间介质板层的厚度，h2为底层金属接地的厚度；

图3是本发明中的基本单元以及性能结果，图3（a）是本发明中基本单元的立体示意图，图3（b）为基本单元的反射幅度的仿真结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示，一种超薄的宽带超材料吸波器单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层1、中间介质板层3和底层金属接地4；所述表层金属结构层1包括贴附于上层介质板层3上表面的第一金属方环11、第二金属方环12和第一方形金属贴片13，第一金属方环11上下边框均存在开口，并通过第一电阻贴片21和第四电阻贴片24相联接而形成闭环，第二金属方环12上下边框均存在开口，并通过第二电阻贴片22和第三电阻贴片23相联接而形成闭环，第一方形金属贴片13位于中央，整个表层金属结构层1中心对称。

所述基本单元的周期边长p为6.4-6.6mm；所述第一金属方环11的外边框的边长a1为5.9-6.1mm，第一金属方环11的内边框的边长a2为4.7-4.9mm，第二金属方环12的外边框的边长b1为4.1-4.3mm，第二金属方环12的内边框的边长a2为2.7-2.9mm，第一金属方环11和第二金属方环12的上下边框的开口的宽度g均为0.4-0.6mm，所述第一方形金属贴片13的边长c为2.2-2.4mm；所述中间介质板层3的厚度h1为1.42-1.62mm，介电常数为0.8-1.2，损耗角正切为-0.003-0.003；所述底层金属接地4的厚度h2为0.09-0.11mm。

作为一个优选方案，所述基本单元的周期边长p为6.5mm；所述第一金属方环11的外边框的边长a1为6.0mm，第一金属方环11的内边框的边长a2为4.8mm，第二金属方环12的外边框的边长b1为4.2mm，第二金属方环12的内边框的边长a2为2.8mm，第一金属方环11和第二金属方环12的上下边框的开口的宽度g均为0.5mm，所述第一方形金属贴片13的边长c为2.3mm；所述中间介质板层3的厚度h1为1.52mm；所述底层金属接地4的厚度h2为0.1mm。

作为一个优选方案，所述电阻贴片2阻值的设置分别为第一电阻贴片21的阻值为300Ω，第二电阻贴片22的阻值为43Ω，第三电阻贴片23的阻值为470Ω，第四电阻贴片24的阻值为600Ω。

本发明中，通过加载电阻贴片2，以实现吸收频带的拓宽，同时保证基本单元的强吸收性能。

如图3所示，由单个基本单元的仿真结果可知，在x极化电磁波的正入射下，单元在15.2GHz-36.8GHz频段范围内的反射振幅均小于-10dB，表明了超材料吸波器单元能够实现宽带高效吸收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。