具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

说明：图2至图5以及图10中六边形内、正四边形内的空白区域均为第一导电几何结构单元210或者第二导电几何结构单元220的相邻导电环之间的镂空区域。

本发明的实施例中，天线系统包括天线和设在天线上的天线罩。

本发明的实施例中，天线罩包括宽带吸波超材料。

本发明及本发明的实施例中提供了一种宽角域双极化宽频的宽带吸波超材料，该宽带吸波超材料包括电流损耗材料微结构，也就是导电几何结构层，例如导电油墨、电阻材料等阻值在10～1000Ω/sq的材料，和介质叠层(即基板10包括多个介质层11，多个介质层11间隔设置)。电流损耗材料微结构由中心对称的闭合电流损耗材料线组成并附着于介质平板(即介质层11)上。本发明及本发明的实施例中的宽带吸波超材料达到了宽频宽角域C、X、Ku、K波段高吸收的目的。本发明及本发明的实施例的宽带吸波超材料由二维频率选择表面组合而成，结构简单，避免了相近方案中使用损耗金属材料微结构制造出电容和电感，在角度变化时电容C和电感L发生剧烈变化影响性能问题，以及由于其结构微小，加工难度大的问题。另外，本发明用电流损耗材料代替金属结构，实现了宽频(比如4至27GHz)吸收的目的。

需要说明的是，TE波为电磁波中的横向波，TM波为电磁波中的纵向波。

本发明及本发明的实施例提供了一种宽带吸波超材料。宽带吸波超材料包括基板10和多个导电几何结构层。其中，多个导电几何结构层在叠置方向上依次设置，导电几何结构层设置在基板10上，多个导电几何结构层包括第一导电几何结构层21和第二导电几何结构层22。其中，第一导电几何结构层21包括多个阵列排布的第一导电几何结构单元210，每个第一导电几何结构单元210包括至少两个互不相连的第一导电环211，且至少两个第一导电环211依次减小。第二导电几何结构层22包括多个阵列排布的第二导电几何结构单元220，每个第二导电几何结构单元220包括至少三个互不相连的第二导电环221，且至少三个第二导电环221依次减小。

根据上述设置，宽带吸波超材料中间隔布置的多层导电几何结构层能够调节天线材料的介电常数和磁导率，在提高了保护材料的机械强度的同时降低了保护材料的厚度，使得电磁波通过该宽带吸波超材料时，电磁波在宽带吸波超材料内形成共振效果而提高了透波能量，从而使工作频段的电磁波能高效率地透波，并且对非工作频段的电磁波能够有效地被截止，这样，宽带吸波超材料不会在电磁波的入射角发生变化后变化而影响其吸波的性能，从而解决了天线罩无法抑制工作频段外的电磁波而导致天线系统无法正常工作的问题。

可选地，各导电几何结构层的材料可以为导电塑料、导电橡胶、导电复合材料、导电液体、导电粉末或者其他具有导电性能的材料。

具体地，如图1、图6和图7所示，本发明的实施例中，宽带吸波超材料包括两个导电几何结构层。其中，两个导电几何结构层在叠置方向上依次设置，导电几何结构层设置在基板10上，两个导电几何结构层包括第一导电几何结构层21和第二导电几何结构层22。其中，第一导电几何结构层21包括多个阵列排布的第一导电几何结构单元210，第一导电几何结构单元210包括至少两个互不相连的第一导电环211，且至少两个第一导电环211的大小依次减小。第二导电几何结构层22包括多个阵列排布的第二导电几何结构单元220，第二导电几何结构单元220包括至少三个互不相连的第二导电环221，且至少三个第二导电环221的大小依次减小。

如图1所示，本发明的实施例中，第一导电几何结构层21和第二导电几何结构层22分别设置在对应的介质层11上，宽带吸波超材料的底部还设置有金属背板，第一导电几何结构层21相对于第二导电几何结构层22更靠近金属背板。

上述多个第一导电几何结构单元210和多个第二导电几何结构单元220均呈周期行列排布(呈3行×3列排布)。

上述设置中，宽带吸波超材料的间隔布置的两层导电几何结构层能够很好地调节天线材料的介电常数和磁导率，在提高了保护材料的机械强度的同时降低了保护材料的厚度，使得电磁波通过该宽带吸波超材料时，电磁波在宽带吸波超材料内很好地形成共振效果而提高了透波能量，从而使工作频段的电磁波能高效率地透波，并且对非工作频段的电磁波能够有效地被截止，这样，材料滤波结构不会在电磁波的入射角发生变化后变化而影响其吸波的性能，从而解决了天线罩无法抑制工作频段外的电磁波而导致天线系统无法正常工作的问题。

当然，在附图未示出的替代实施例中，可根据实际情况，将多个第一导电几何结构单元210设置成周期行列排布，或者将多个第二导电几何结构单元220设置成周期行列排布。为了方便理解本发明的实施例，第一导电几何结构层21包括9个成周期性排列(呈3行×3列排布)的第一导电几何结构单元210；第二导电几何结构层22包括9个周期性排列(呈3行×3列排布)的第二导电几何结构单元220。

当然，在附图未示出的替代实施例中，还可以根据实际需要设置第一导电几何结构单元210和第二导电几何结构单元220的数量。

具体地，如图3和图5所示，超材料的结构周期为30mm，即第一导电几何结构单元210下方的介质层11的最小单元的长度L1为30mm，第二导电几何结构单元220下方的介质层11的最小单元的长度L2为30mm。

具体地，为了能够最大限度地提高电磁包的透波性能，使得工作频段内的电磁波能够高效地透过该宽带吸波超材料，因此，第一导电几何结构单元210、第二导电几何结构单元220所在区域在叠置方向上的投影部分重合。

根据上述设置，电磁波在入射该宽带吸波超材料时，能够在该宽带吸波超材料中形成更加显著的共振效果，电磁波的透波能量能得到进一步提高，从而实现高效透波的目的。

当然在本发明的附图未示出的替代实施例中，可根据实际情况，将第一导电几何结构单元210和第二导电几何结构单元220所在区域在叠置方向上的投影设置成完全重合。

具体地，如图2和图3所示，第一导电几何结构单元210包括两个第一导电环211，两个第一导电环211同心设置。

上述设置中，上述两个第一导电环211之间形成均匀的间隙，便于控制和调整等效LC电路的谐振频率，使宽带吸波超材料具有更好的带通透波性能。

当然，在本发明的替代实施例中，上述两个第一导电环211之间也可以形成非均匀的间隙。

本发明的实施例中，第一导电环211为多边形环或者圆环。

可选地，多边形环可以是三边形环、四边形环、六边形环、八边形环，但不限于上述形状。

具体地，如图2和图3所示，本发明的实施例中，两个第一导电环211中的位于外侧的第一导电环211为正四边形环，两个第一导电环211中的位于内侧的第一导电环211为圆环。

具体地，如图3所示，本发明的实施例中，位于外侧的第一导电环211的外边缘的边长为a1，位于外侧的第一导电环211的内边缘的边长为a2，其中，8mm≤a1≤13mm，7mm≤a2≤10mm。

具体地，如图3所示，位于内侧的第一导电环211的外径为a3，位于内侧的第一导电环211的内径为a4，其中，5mm≤a3≤8mm，3mm≤a4≤7mm。

具体地，本发明的实施例中，位于外侧的第一导电环211的材料方阻值为r1，其中，10Ω/sq≤r1≤500Ω/sq，位于内侧的第一导电环211的材料方阻值为r2，其中，20Ω/sq≤r2≤200Ω/sq。

上述设置中，两个第一导电环211等效为两个响应频率不同的LC振荡电路。在两个LC振荡电路的响应频率之间的频段的电磁波具有高透射性，而两个响应频率之外的频段的电磁波被抑制，从而使工作波段的电磁波可以通过宽带吸波超材料，而非工作频段的电磁波得到抑制。这样，非工作频段的电磁波不能透过天线罩，避免非工作频段的电磁波干扰天线的正常工作。采用上述宽带吸波超材料制成的天线罩，可以保证天线的正常工作。

具体地，如图4和图5所示，第二导电几何结构单元220包括三个第二导电环221，且三个第二导电环221同心设置。上述设置可以提高第二导电几何结构单元220的对称性，使宽带吸波超材料对横电波TE波和横磁波TM波具有相近的带通滤波性能。

本发明的实施例中，三个第二导电环221均为多边形环。

具体地，如图4和图5所示，本发明的实施例中，三个第二导电环221的位于最内侧的第二导电环221为正六边形环，除了最内侧的第二导电环221之外的两个第二导电环221均为正四边形环。

具体地，如图5所示，正六边形环的外边长为b5，正六边形环的内边长为b6，其中，4mm≤b5≤6mm，2mm≤b6≤4mm。

具体地，如图5所示，呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于外侧的第二导电环221的外边缘的边长为b1，位于外侧的第二导电环221的内边缘的边长为b2；位于内侧的第二导电环221的外边缘的边长为b3，位于内侧的第二导电环221的内边缘的边长为b4，其中，10mm≤b1≤13mm，8mm≤b2≤11mm，7mm≤b3≤10mm，6mm≤b4≤9mm。

具体地，最内侧的第二导电环221的方阻值为r5，其中，20Ω/sq≤r5≤1000Ω/sq；呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于外侧的第二导电环221的方阻值为r3，其中，10Ω/sq≤r3≤100Ω/sq；呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于内侧的第二导电环221的方阻值为r4，其中，20Ω/sq≤r4≤1000Ω/sq。

如图2至图5所示，本发明的实施例中，第一导电几何结构单元210和第二导电几何结构单元220均为正四边形结构。

上述设置可以形成规则的第一导电几何结构单元210和第二导电几何结构单元220，便于第一导电几何结构单元210和第二导电几何结构单元220周期行列排列。

上述设置中，三个第二导电环221等效为三个响应频率不同的LC振荡电路。在三个LC振荡电路的响应频率之间的频段的电磁波具有高透射性，而三个响应频率之外的频段的电磁波被抑制，从而使工作波段的电磁波可以通过宽带吸波超材料，而非工作频段的电磁波得到抑制。这样，非工作频段的电磁波不能透过天线罩，避免非工作频段的电磁波干扰天线的正常工作。采用上述宽带吸波超材料制成的天线罩，可以保证天线的正常工作。

实施例一

如图2至图5所示，在本发明的实施例一中，宽带吸波超材料包括基板10和两个导电几何结构层。其中，基板10包括两个介质层11，两个介质层11与两个导电几何结构层依次交替设置，且相邻两个导电几何结构层之间设有介质层11；第一导电几何结构层21包括九个阵列排布(呈三行三列排布)的第一导电几何结构单元210，每个第一导电几何结构单元210包括两个互不相连的第一导电环211，且两个第一导电环211依次减小；第二导电几何结构层22包括九个阵列排布(呈三行三列排布)的第二导电几何结构单元220，每个第二导电几何结构单元220包括三个互不相连的第二导电环221，且三个第二导电环221依次减小。具体地，如图3所示，本发明的实施例一中，位于外侧的第一导电环211的外边缘的边长为a1为12.7mm，位于外侧的第一导电环211的内边缘的边长a2为8.5mm。

具体地，如图3所示，本发明的实施例一中，位于内侧的第一导电环211的外径a3为8mm，位于内侧的第一导电环211的内径a4为6mm。

具体地，本发明的实施例一中，位于外侧的第一导电环211的材料方阻值r1为20Ω/sq，位于内侧的第一导电环211的材料方阻值r2为50Ω/sq。

具体地，如图5所示，本发明的实施例一中，三个第二导电环221的位于最内侧的第二导电环221为正六边形环，正六边形环的外边长b5为3.5mm，正六边形环的内边长b6为2.5mm。

具体地，如图5所示，本发明的实施例一中，呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于外侧的第二导电环221的外边缘的边长b1为11.3mm，位于外侧的第二导电环221的内边缘的边长b2为10.6mm；位于内侧的第二导电环221的外边缘的边长b3为9.9mm，位于内侧的第二导电环221的内边缘的边长b4为7.1mm。

具体地，本发明的实施例一中，最内侧的第二导电环221的方阻值为r5为300Ω/sq；呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于外侧的第二导电环221的方阻值r3为50Ω/sq；呈正四边形环的两个第二导电环221中，位于内侧的第二导电环221的方阻值r4为700Ω/sq。

优选地，上述两层介质层11均由PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)泡沫制成，介电系数均为1.14，损耗角正切值均为0.004。

如图1所示，支撑第一导电几何结构层21的介质层11的厚度h1为4mm，用于支撑第二导电几何结构层22的介质层11的厚度h2为4mm。

在其它替代实施例中，介质层11也可由陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的一种制成。

需要说明的是，在上述参数值所在的范围内，适当的改变上述参数值，可以使宽带吸波超材料实现4-27GHz的宽频吸波。

图8示出了横电波(TE波)照射到上述实施例中的宽带吸波超材料时的极化S11(插入损耗)曲线；图9示出了横磁波(TM波)照射到上述实施例中的宽带吸波超材料时的极化S11(插入损耗)曲线。其中，插入损耗也称为电磁波传输系数。

从图8和图9可以看出，电磁波(TE波、TM波)照射到材料时，频率为4至28GHZ内的电磁波传输系数均小于-7dB，表示在该频域范围内具有良好的带外抑制效果。从以上结果可以看出，在0至40°的大角域范围内，上述实施例中的宽带吸波超材料基本实现了宽带大角域吸收的目的。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于：

如图10所示，本发明的实施例二中，第一导电几何结构单元210中的两个第一导电环211均为正四边形环。

具体地，如图10所示，本发明的实施例二中，位于内侧的第一导电环211的外边缘的边长a5为8mm，位于内侧的第一导电环211的内边缘的边长a6为6mm。

当然在本发明的附图未示出的替代实施例中，可根据实际情况，将第一导电几何结构单元210中的两个第一导电环211设置为圆环。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：材料滤波结构间隔布置的两层导电几何结构层(第一导电几何结构层和第二导电几何结构层)能够调节天线材料的介电常数和磁导率，在提高了保护材料的机械强度的同时降低了保护材料的厚度，使得电磁波通过该宽带吸波超材料时，电磁波在宽带吸波超材料内形成共振效果而提高了透波能量，从而使工作频段的电磁波能高效率地透波，并且对非工作频段的电磁波能够有效地被截止，这样，材料滤波结构不会在电磁波的入射角发生变化后变化而影响其吸波的性能，从而解决了天线罩无法抑制工作频段外的电磁波而导致天线系统无法正常工作的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。