一種基于磁性薄膜的電磁吸波體結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隱身技術(shù)作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段，受到世界各國(guó)的高度重視。而雷達(dá)吸波材料(RAM)能有效降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(RCS)，在隱身技術(shù)中占有舉足輕重的地位。目前吸波材料主要向?qū)掝l譜、多功能、輕質(zhì)化、薄型化及智能化方向發(fā)展，存在的主要問(wèn)題和難點(diǎn)是提高S和C波段(2GHz?6GHz)的吸收率。
[0003]為了有效的提高電磁吸波體的吸收性能，人們分別提出了各種不同的設(shè)計(jì)。其中包括超材料吸波體，頻率選擇表面(FSS)，鐵磁吸波體等。由平面金屬諧振腔構(gòu)成的超材料吸波體由于其諧振機(jī)制較難獲得寬頻的吸收效果，而頻率選擇表面經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后能達(dá)到一個(gè)比較良好的寬頻吸收效果，但其最大的不足是厚度較厚不滿足吸波材料薄型化所提出的體積要求。而鐵磁材料和由它們所組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)同樣可以被用于吸收電磁散射。然而傳統(tǒng)的吸波材料由于受到斯諾克公式的限制，在微波頻段提高其磁導(dǎo)率有很大的困難。而薄膜材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)特性可突破斯諾克極限，有望在高頻下實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸波材料的輕質(zhì)化、薄型化等技術(shù)要求，越來(lái)越受到人們的重視。
[0004]理論研宄和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，解決此問(wèn)題最有效的技術(shù)途徑就是提高電磁波吸收劑的磁導(dǎo)率和磁損耗。薄膜材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)特性可突破斯諾克限制，有望在高頻下實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸波材料的輕質(zhì)化、薄型化等技術(shù)要求，但由于磁性薄膜材料通常具有較高的電導(dǎo)率造成阻抗失配，使得電磁波不易進(jìn)入薄膜材料內(nèi)部，這大大限制了薄膜材料在微波頻段特別是GHz頻段的應(yīng)用。這也是目前將鐵磁薄膜用于吸波結(jié)構(gòu)所要解決的重點(diǎn)問(wèn)題和難點(diǎn)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述存在問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體及其設(shè)計(jì)方法。
[0006]多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體，底層為金屬平板，底層以上為正方形柔性襯底和圖形化磁性薄膜的多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)；其中正方形柔性襯底和磁性薄膜中心重合，磁性薄膜單元為邊長(zhǎng)小于襯底的正方形，二者構(gòu)成回字形圖形化結(jié)構(gòu)。多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)的總厚度H = (L+D)*n ( 0.5mm,其中10 < η < 100，磁性薄膜單元的邊長(zhǎng)A ( 1cm，磁性薄膜與柔性襯底的間隙為R，柔性襯底厚度為D，磁性薄膜厚度L < 0.5 μπι，膜隙比10:5彡A/R彡15:1。其中柔性襯底的相對(duì)介電常數(shù)為2.5，相對(duì)磁導(dǎo)率為I。
[0007]多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體的設(shè)計(jì)方法，包括下列步驟:
[0008]步驟一、對(duì)柔性襯底進(jìn)行裁剪，將其裁剪成邊長(zhǎng)為M的正方形，M = A+R, A彡Icm,膜隙比10:5彡A/R彡15:1 ；
[0009]步驟二、采用磁控濺射的方法，在柔性襯底表層鍍上FeCo基磁性材料，在其表面形成一層的磁性薄膜，其厚度L < 0.5 μm，得到柔性襯底與磁性薄膜構(gòu)成的單層單元結(jié)構(gòu)。
[0010]步驟三、先將步驟二所制備的單層單元結(jié)構(gòu)平整的粘貼在金屬平板上，然后再將多個(gè)單層單元結(jié)構(gòu)依次堆疊的粘貼成多層復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，得到多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體。
[0011]多層磁性薄膜吸波體的吸波特性主要取決于吸波體的薄膜圖案的單元尺寸，圖案間隙比，多層吸波體中的磁性物質(zhì)的含量等。但是，采用多層和圖形化的方法在有效的提高薄膜型吸波材料吸收率的同時(shí)也引入了大量設(shè)計(jì)多層圖形化薄膜吸波體時(shí)必須考慮的變量，例如，磁性薄膜厚度選擇，圖案的間隙比，及圖案單元尺寸的具體參數(shù)。優(yōu)化多層磁性薄膜吸波體的圖案的間隙比、磁性薄膜厚度，及圖案單元尺寸具體參數(shù)，以成為得到超寬頻、超薄吸波結(jié)構(gòu)必須解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0012]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，成本較低；
[0014]2、所用材料主要為柔性襯底，因此延展性好；
[0015]3、厚度較薄，100層組合結(jié)構(gòu)總厚度僅為0.5_?？梢灾苯优c橡膠貼片復(fù)合，改善橡膠貼片的低頻吸收性能。
[0016]4、通過(guò)多層疊加，可有效增加磁性物質(zhì)的含量，進(jìn)而提高多層吸波體的吸收性會(huì)K ;
[0017]5、在不改變厚度前提下，通過(guò)調(diào)整方形圖案尺寸，可以調(diào)控吸波性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0019]圖1是介質(zhì)與磁性薄膜的多層復(fù)合單元結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0020]圖2是介質(zhì)與磁性薄膜的多層復(fù)合單元結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0021]圖3是介質(zhì)與磁性薄膜的多層復(fù)合單元結(jié)構(gòu)加載到金屬底板上的側(cè)視圖；
[0022]圖4是100層組合結(jié)構(gòu)堆疊吸波體的反射率曲線；
[0023]附圖標(biāo)記:磁性薄膜的單元邊長(zhǎng)-A，磁性薄膜與柔性襯底的間隙-R，柔性襯底厚度-D，磁性薄膜厚度-L。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025]—種100層方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為:L = 0.5 ym，D = 4.5 μπι, A =lcm，A: R = 15:1，總厚度為 0.5mm。
[0026]通過(guò)所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，垂直入射TE或TM波情況下，具有如圖3所示的吸波性能。在3.5-18GHz整個(gè)頻段具有_4dB以下的反射系數(shù)，其中4_18GHz頻段具有-6dB以下的反射系數(shù)，最大吸波值在6GHz下具有約-19dB的反射系數(shù)。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]一種50層方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為:L = 0.5 μπι，D = 9.5 μπι，A =lcm，A:R = 10:1?？偤穸葹?0.5mm。
[0029]通過(guò)所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，垂直入射TE或TM波情況下，在2-18GHZ整個(gè)頻段具有_3dB以下的反射系數(shù)，最大吸波值在5GHz下具有約_7dB的反射系數(shù)。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]一種100層方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為:L = 0.5ym，D = 4.5μπι，Α =lcm，A:R = 10:1?？偤穸葹?0.5mm。
[0032]通過(guò)所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，垂直入射TE或TM波情況下，在5-18GHZ整個(gè)頻段具有_4dB以下的反射系數(shù)，最大吸波值在7GHz下具有約-12.5dB的反射系數(shù)。
[0033]實(shí)施例4:
[0034]一種25層方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為:L = 0.5 ym，D = 19.5 μπι, A =lcm, A:R = 15:lo 總厚度為 0.5mm。
[0035]通過(guò)所述方式設(shè)計(jì)得到的電磁吸波體，垂直入射TE或TM波情況下，在2-18GHZ整個(gè)頻段具有-1dB以下的反射系數(shù)，最大吸波值在4GHz下具有約-4.5dB的反射系數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體，底層為金屬平板，其特征在于:底層以上為正方形柔性襯底和圖形化磁性薄膜的多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)；其中正方形柔性襯底和磁性薄膜中心重合，磁性薄膜單元為邊長(zhǎng)小于襯底的正方形，二者構(gòu)成回字形圖形化結(jié)構(gòu)；多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)的總厚度H = (L+D)*n ( 0.5mm,其中10彡η彡100，柔性襯底厚度為D ^ 50 μ m,磁性薄膜厚度L < 0.5 μ m ;磁性薄膜單元的邊長(zhǎng)A ( Icm,磁性薄膜與柔性襯底的間隙為R，膜隙比10:5 < A/R < 15:1 ;其中柔性襯底的相對(duì)介電常數(shù)為2.5，相對(duì)磁導(dǎo)率為I。
2.如權(quán)利要求1所述多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體的設(shè)計(jì)方法，包括下列步驟: 步驟一、對(duì)柔性襯底進(jìn)行裁剪，將其裁剪成邊長(zhǎng)為M的正方形，M = A+R, A ( Icm,膜隙比 10:5 彡 A/R 彡 15:1 ; 步驟二、采用磁控濺射的方法，在柔性襯底表層鍍上FeCo基磁性材料，在其表面形成一層的磁性薄膜，其厚度L < 0.5 μ m，得到柔性襯底與磁性薄膜構(gòu)成的單層單元結(jié)構(gòu)；步驟三、先將步驟二所制備的單層單元結(jié)構(gòu)平整的粘貼在金屬平板上，然后再將多個(gè)單層單元結(jié)構(gòu)依次堆疊的粘貼成多層復(fù)合單元結(jié)構(gòu)，得到多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多層圖形化磁性薄膜電磁吸波體。該吸波體，底層為金屬平板，底層以上為正方形柔性襯底和圖形化磁性薄膜的多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)；其中正方形柔性襯底和磁性薄膜中心重合，磁性薄膜單元為邊長(zhǎng)小于襯底的正方形，二者構(gòu)成回字形圖形化結(jié)構(gòu)。多層堆疊復(fù)合單元結(jié)構(gòu)的總厚度不超過(guò)0.5mm，磁性薄膜的單元邊長(zhǎng)A≤1cm，磁性薄膜與柔性襯底的間隙為R，柔性襯底厚度為D，膜隙比10:5≤A/R≤15:1。其中柔性襯底的相對(duì)介電常數(shù)為2.5，相對(duì)磁導(dǎo)率為1。本發(fā)明具有：工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，成本較低，延展性好，可以直接與橡膠貼片復(fù)合的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q17-00
【公開號(hào)】CN104716440
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510138232
【發(fā)明人】陸海鵬, 董晨, 周佩珩, 王昕 , 鄧龍江, 陳海燕, 謝建良, 梁迪飛, 陳良
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日