一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器

1.本发明属于电磁波吸波器技术领域，尤其涉及一种基于偶极子阵列的宽带极化不敏感电磁吸波器。


背景技术：

2.现代通信技术的快速发展导致频谱资源被大量开发，设备之间电磁信号的相互干扰会影响通信设备的正常工作，成为困扰无线通信技术发展的一个问题。为了屏蔽不同设备电磁信号之间的相互干扰，可采用电磁吸波器吸收设备自身产生的电磁辐射或是外来的干扰信号，将射入其表面的电磁波转换成热能或者其他能量形式，有效地削弱电磁波的反射和透射，降低或消除电磁干扰带来的不良影响。除此以外，电磁吸波器还广泛应用于飞行器与舰艇的雷达散射截面缩减、天线隐身、电磁兼容测量、天线测量等领域，对通信、雷达等行业的发展具有积极地推动作用。
3.专利文献202021135550.1公开的电磁波吸波器采用磁性吸波材料及多层结构来实现吸波结构，虽然在宽带范围内对电磁波有一定的吸收能力，但是对电磁波的吸收率不高，仅在双频点具有较高的吸收率。专利文献202210492215.4公开的吸波器采用电磁超材料谐振结构，仅在窄带范围对电磁波有较高的吸收率，应用范围有限。
4.综上所述，目前电磁波吸波器面临的主要问题是，如何扩展电磁波的吸收带宽，提高电磁波的吸收率，以及如何使电磁波吸波器对不同极化角度的入射波能保持较高的吸收率。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，克服现有电磁波吸波器工作带宽窄、极化敏感的问题，能够达到拓展电磁波吸收带宽的目的。
6.本发明的技术方案是：一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，吸波器的结构包括从上到下的第一金属层1，第一介质层2、第二金属层3、第二介质层4、金属反射面5；第一金属层的单元结构包括第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8、第四金属块9、第五金属块10、第六金属块11；第三金属块8与第六金属块11之间焊接电阻12，第四金属块9与第五金属块10之间焊接电阻13；第二金属层的单元结构为耦合块14；第一金属块6和第二金属块7为等腰直角三角形；第三金属块8和第四金属块9为一端切角的正方形，切角的一端焊接电阻；第五金属块10和第六金属块11为一端切角的等腰直角三角形，切角的一端焊接电阻；第一金属块6、与第二金属块7、第三金属块8的上半部分、第四金属块9的左半部分以点o为原点呈现中心对称排布；耦合块14为正方形，其中心为点o；第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8和第四金属块9分别与耦合块14有上下重叠部分产生耦合，耦合度通过其边长来控制；第一介质层2为电路板的介质基板，其上方和下方分别腐蚀出第一金属层1与第二金属层3上的图案；第一金属块6、第二金属块7、第五金属块10、第六金属块11
斜边上的高大约为中心频率对应工作波长的八分之一，第三金属块8、第四金属块9的对角线长度大约为中心频率对应工作波长的四分之一；第二介质层4的厚度大约为中心频率对应工作波长的四分之一。
7.本发明的技术方案的原理是：电磁波入射到吸波器表面，被表面的金属块所捕获，再被第一电阻12与第二电阻13吸收，达到减小电磁波反射的目的。其中，第一金属块6、第三金属块8、第六金属块11构成的偶极子天线结构，捕获垂直方向上的电磁波。同样地，第二金属块7、第四金属块9、第五金属块10构成的偶极子天线结构捕获水平方向上的电磁波。偶极子天线结构中心端口的位置采用合适阻值的电阻吸收电磁波，可以在较宽的带宽范围内实现较高的电磁波吸收率。金属块焊接电阻的位置进行切角设计，方便贴片电阻的焊接。耦合块14位于第二金属层3上，与第一金属层1上的第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8、第四金属块9形成互耦，进一步拓展吸波器的带宽。方形金属块8、9的对角线长度大约为中心频率对应波长的四分之一，三角形金属块6、7、10、11的斜边长度也大约为中心频率对应波长的四分之一，第二介质层4的厚度大约为中心频率对应工作波长的四分之一。通过单元结构周期性排布构成完整的吸波器，可以实现电磁波的吸收。
8.本发明的优点和有益效果：
9.本发明的基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感吸波器采用普通的电路板工艺加工，加工简单、成本较低。在电磁波吸收方面，由于采用了方形偶极子结构，以及耦合块结构的设计，使其在宽带范围内有较高的吸收率。此外，由于吸波器具有对称结构，其对于入射电磁波的极化方向不敏感，对任意极化方向的来波均能保持较高的吸收效率。
附图说明
10.图1是本发明单元的第一金属层图案
11.图2是本发明单元的第二金属层图案
12.图3是本发明的侧视图
13.图4是本发明的整体结构图
14.图5是本发明在不同极化角度电磁波照射下吸收率的仿真曲线
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，吸波器的结构包括从上到下的第一金属层1，第一介质层2、第二金属层3、第二介质层4、金属反射面5，如图3所示；第一金属层的单元结构包括第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8、第四金属块9、第五金属块10、第六金属块11，如图1所示；第三金属块8与第六金属块11之间焊接电阻12，第四金属块9与第五金属块10之间焊接电阻13；第二金属层的单元结构为耦合块14，如图4所示；第一金属块6和第二金属块7为等腰直角三角形；第三金属块8和第四金属块9为一端切角的正方形，切角的一端焊接电阻；第五金属块10和第六金属块11为一端切角的等腰直角三角形，切角的一端焊接电阻；第一金属块6、与第二金属块7、第三金属块8的上半部分、第四金属块9的左半部分以点o为原点呈现中心对称排布；耦合块14为正方形，其中心为点o；第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8和第四金属块9分别与耦合块14有上下重叠部分产生耦合，耦合度通过其边长来控制；
第一介质层2为电路板的介质基板，其上方和下方分别腐蚀出第一金属层1与第二金属层3上的图案；第一金属块6、第二金属块7、第五金属块10、第六金属块11斜边上的高大约为中心频率对应工作波长的八分之一，第三金属块8、第四金属块9的对角线长度大约为中心频率对应工作波长的四分之一；第二介质层4的厚度大约为中心频率对应工作波长的四分之一。将上述单元结构进行周期性排布，形成完整的电磁吸波器结构，如图4所示。
16.为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，第一介质是0.6mm厚的fr4介质基片，第二介质是7.5mm厚的空气，第一金属层与第二金属层均为0.018mm厚的铜箔。电阻12与电阻13的阻值均为120ω，第一层正方形金属块的对角线长度为9.5mm，第二金属层的正方形的边长为3.8mm，第一金属块6、第二金属块7、第三金属块8、第四金属块9，相邻金属块之间的缝隙宽度为1.64mm。图5是仿真的吸收率随频率变化的曲线，从图中可以看出，在3.08ghz-10.18ghz的频带范围内，其吸收率都能够保持在90％以上，并且在不同极化入射波的照射下，其带宽基本保持不变。

技术特征：
1.一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，其特征在于：吸波器的结构包括从上到下的第一金属层(1)，第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、金属反射面(5)；第一金属层的单元结构包括第一金属块(6)、第二金属块(7)、第三金属块(8)、第四金属块(9)、第五金属块(10)、第六金属块(11)；第三金属块(8)与第六金属块(11)之间焊接电阻(12)，第四金属块(9)与第五金属块(10)之间焊接电阻(13)；第二金属层的单元结构为耦合块(14)；第一金属块(6)和第二金属块(7)为等腰直角三角形；第三金属块(8)和第四金属块(9)为一端切角的正方形，切角的一端焊接电阻；第五金属块(10)和第六金属块(11)为一端切角的等腰直角三角形，切角的一端焊接电阻；第一金属块(6)、与第二金属块(7)、第三金属块(8)的上半部分、第四金属块(9)的左半部分以点o为原点呈现中心对称排布；耦合块(14)为正方形，其中心为点o；第一金属块(6)、第二金属块(7)、第三金属块(8)和第四金属块(9)分别与耦合块(14)有上下重叠部分产生耦合，耦合度通过其边长来控制；第一介质层(2)为电路板的介质基板，其上方和下方分别腐蚀出第一金属层(1)与第二金属层(3)上的图案；第一金属块(6)、第二金属块(7)、第五金属块(10)、第六金属块(11)斜边上的高大约为中心频率对应工作波长的八分之一，第三金属块(8)、第四金属块(9)的对角线长度大约为中心频率对应工作波长的四分之一；第二介质层(4)的厚度大约为中心频率对应工作波长的四分之一。

技术总结
本发明公开了一种基于方形偶极子天线结构的宽带极化不敏感电磁吸波器，解决电磁波吸波带宽有限、对入射波极化方向敏感等问题。电磁吸波器的结构包括从上到下的第一金属层(1)，第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、金属反射面(5)，第一金属层的单元结构包括第一金属块(6)、第二金属块(7)、第三金属块(8)、第四金属块(9)、第五金属块(10)、第六金属块(11)，第三金属块(8)与第六金属块(11)之间焊接电阻(12)，第四金属块(9)与第五金属块(10)之间焊接电阻(13)，第二金属层的单元结构为耦合块(14)。本发明具有较宽的电磁波吸收带宽，并且吸波特性对入射波的极化方向不敏感。并且吸波特性对入射波的极化方向不敏感。并且吸波特性对入射波的极化方向不敏感。


技术研发人员：程飞 王怀玉 刘亦君 吴丽
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/24