CN205051003U - 超材料吸波结构、防护罩及电子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统。该超材料吸波结构包括基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，导电几何结构层包括多个导电排架；其中，导电排架包括多个相互平行且间隔设置的第一导电条，以及连接在相邻两个第一导电条之间的第二导电条。应用本实用新型的技术方案可以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

Description

超材料吸波结构、防护罩及电子系统

技术领域

本实用新型涉及吸波设备领域，具体而言，涉及一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统。

背景技术

一般情况下，高精尖的电子设备都会设置有过滤电磁波的防护罩。该防护罩的目的是为了使电子系统工作性能比较稳定、可靠，同时也能够减轻电子设备的磨损和老化，延长使用寿命。但是防护罩是电子设备前面的障碍物，对电子设备的辐射波或入射电子设备的电磁波会产生吸收和反射，改变电子设备的自由空间能量分布，并在一定程度上影响电子设备的性能。

使用纯材料防护罩在一定的范围内会影响电子设备的性能。其中，用于制作天线罩的纯材料为普通的物理材料，在制作纯材料防护罩时，利用半波长或四分之一波长理论，并根据不同的电磁波频率，改变纯材料的厚度，用以减小对电磁波的透波响应或吸收响应。在设计制作纯材料防护罩的时候，当电磁波的波长过长时，利用半波长或四分之一波长理论，纯材料防护罩会显得比较厚，进而使得整个防护罩的重量过大。另一方面，纯材料的透波性能比较均一，在电子设备工作时，均一透波的电磁波容易影响电子设备的正常工作。

针对现有技术中对电子设备发出的TE波(纵向波)和TM波(横向波)均有效吸收作用，无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据工作需要进行吸收电磁波的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超材料吸波结构、防护罩及电子系统，以解决现有技术中吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料吸波结构，包括：基板；至少一层导电几何结构层，导电几何结构层设置在基板上，导电几何结构层包括多个导电排架；其中，导电排架包括多个相互平行且间隔设置的第一导电条、以及连接在相邻两个第一导电条之间的第二导电条。

进一步地，多个导电排架之间间隔设置且互不相连。

进一步地，至少一层导电几何结构层为两层，两层导电几何结构层沿垂直于导电几何结构层的方向间隔地设置，其中一层导电几何结构层中的各导电排架的投影与另一层导电几何结构层中的对应位置的导电排架的投影至少部分重合。

进一步地，其中一层导电几何结构层中的各导电排架的投影与另一层导电几何结构层中的对应的导电排架的投影相重合。

进一步地，各第一导电条与相连接的第二导电条垂直设置。

进一步地，多个第一导电条的长度相等，同一个导电排架中的每个第一导电条的两端部关于第二导电条的中轴线对称设置。

进一步地，导电几何结构层中的多个导电排架呈矩形阵列分布，且相邻的两个导电排架之间的第一导电条沿同一方向平行设置。

进一步地，沿平行于第一导电条的延伸方向，导电几何结构层的相邻两个导电排架的延伸方向在同一直线上的两个第一导电条的相邻的端部之间的距离为L1，0.3mm≤L1≤1.0mm。

进一步地，沿垂直于第一导电条的延伸方向，导电几何结构层的相邻两个导电排架之间的距离为L2，1.5mm≤L2≤2.5mm。

进一步地，同一个导电排架中的相邻两个第一导电条之间的距离为L3，0.5mm≤L3≤1.5mm。

进一步地，每个第一导电条的线长为L4，每个第一导电条的线宽为L5，12.0mm≤L4≤16.0mm，0.5mm≤L5≤1.0mm。

进一步地，超材料吸波结构包括三层基板，三层基板与两层导电几何结构层沿垂直与导电几何结构层的方向依次交替地设置。

进一步地，三层基板包括第一基板、第二基板和第三基板，第一基板的厚度为h1，第二基板的厚度为h2，第三基板的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

进一步地，各层导电几何结构层与相邻的基板之间相粘接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，包括吸波结构，吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子系统，包括防护罩，防护罩为前述的防护罩。

应用本实用新型的技术方案，该超材料吸波结构包括基板和至少一层导电几何结构层，每层导电几何结构层包括至少一个导电排架，其中，每个导电排架包括多个第一导电条，以及与多个第一导电条分别连接的第二导电条，多个第一导电条之间平行且间隔设置，且多个第一导电条分成两组一一对应地分布在第二导电条的两侧。上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射通过导电几何结构层的时候产生更好的共振效果，可以使电磁波入射本实用新型的超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，由于TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收因而使工作频段的电磁波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的电磁波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题。因此，超材料吸波结构能够区分TM和TE波，只吸收TM波而不吸收TE波。另外，TM波能够被超材料吸波结构在不同的三个波段范围内实现分段吸波功能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的超材料吸波结构的一层导电几何结构层设置在基板上的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的超材料吸波结构的两层导电几何结构层设置在基板上的实施例的结构示意图；

图3示出了图2的剖视结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的超材料吸波结构的同一层导电几何结构层中单个导电排架与基板的主视结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的超材料吸波结构的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图；

图6示出了图4的以第一波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图；

图7示出了图4的以第二波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图；

图8示出了图4的以第三波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基板；11、第一基板；

12、第二基板；13、第三基板；

20、导电几何结构层；21、导电排架；

211、第一导电条；212、第二导电条。

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实用新型。

图1、图2和图4中示出了基板10的示意结构，但并未示出基板10的厚度，图中示出的方框内的空白处为基板10的示意结构。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种超材料吸波结构。该超材料吸波结构包括基板10和至少一层导电几何结构层20，导电几何结构层20设置在基板10上，导电几何结构层20包括多个导电排架21。其中，导电排架21包括多个第一导电条211以及连接在相邻两个第一导电条211之间的第二导电条212。

上述超材料吸波结构能够调节介电常数和磁导率，使电磁波入射通过导电几何结构层的时候产生更好的共振效果，可以使电磁波入射本实用新型的超材料吸波结构时，TE波(纵向波)几乎不受超材料吸波结构的影响而透波，由于TM波(横向波)在一定的波段范围内被超材料吸波结构所吸收，并且在本实施例中，TM波能够被超材料吸波结构在不同的三段波段范围内实现分段吸波功能，因而使工作频段的电磁波能高效率穿透，并能够有效地截止工作频段外的电磁波，从而解决了现有的吸波结构无法区分TE波(纵向波)和TM波(横向波)从而根据工作需要进行吸收电磁波的问题，并且能够对TM波实现分波段进行吸波，而TE波不受超材料吸波结构的影响。

本实施例的导电几何结构层可以使用任意导电材料制造加工，可以是金属材料，例如金、银、铜或几种金属的混合物，优选采用铜，所使用的金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物；也可以是非金属材料，如导电油墨。

在本实施例的超材料吸波结构中，多个导电排架21之间间隔设置且互不相连。因此，入射该超材料吸波结构的电磁波实现的是低通透波，而被该超材料吸收的从高精尖的电子系统中入射到该超材料吸波结构的TM波的波段范围为带宽波段。互不相连的导电排架21能够降低TM波的预定频段范围的波段的反射能量，从而实现对TM波的吸收效果。

在本实施例中，导电几何结构层20由两层构成，本实施例的两层导电几何结构层20的厚度范围均为0.015mm至0.025mm，优选地，两层导电几何结构层20的厚度均为0.02mm，两层导电几何结构层20沿垂直于导电几何结构层20的方向间隔地设置，其中一层导电几何结构层20中的各导电排架21的投影与另一层导电几何结构层20中的对应位置的导电排架21的投影至少部分重合。优选地，为了能够实现该超材料吸波结构对TM波的最后吸收效果，因此，该超材料吸波结构的其中一层导电几何结构层20中的各导电排架21的投影与另一层导电几何结构层20中的对应的导电排架21的投影相重合(即完全重合)。利用两层导电几何结构层来对TM波的反射能量形成减弱作用，从而降低TM波的反射能量，使预定波段范围的TM波被该超材料吸波结构所吸收，以避免外界的电磁波检测装置捕捉到该预定波段范围的TM波，从而侦测到该电子系统的位置所在。

如图4所示，图4示出了单独一个导电排架21的结构示意图，在图4所示的结构中，取单独一个导电排架21，并围绕该导电排架将相应的基板10取H1×H2(即30mm×9mm，H1＝30mm，H2＝9mm)的大小，本实施例的超材料吸波结构的多个第一导电条211的长度相等，在该超材料吸波结构中，每个第一导电条211的线长为L4，每个第一导电条211的线宽为L5，12.0mm≤L4≤16.0mm，0.5mm≤L5≤1.0mm，优选地，L4＝14.4mm，L5＝0.6mm(在本实施例中，第二导电条212的宽度b的范围选取在0.5mm至1.0mm之间，即0.5mm≤b≤1.0mm，根据优选的L5＝0.6mm，第二导电条212的宽度b＝0.7mm，这样，同一个导电排架21在沿第一导电条211的延伸方向上的总宽度为29.5mm)。各第一导电条211与相连接的第二导电条212垂直设置。并且，同一个导电排架21中的每个第一导电条211的两端部关于第二导电条212的中轴线对称设置。当电磁波的TE波的透波能量以及提高TE波的反射能量，从而使得入射该超材料吸波结构的TE波能够几乎不受该超材料吸波结构影响而高效率地透波，而对于入射该超材料吸波结构的TM波，各第一导电条211能够降低经过它们之间的预定波段范围的TM波的反射能量，因此，将入射的预定波段范围的TM波吸收。

结合参见图1、图2和图4所示，在同一层导电几何结构层20中，该超材料吸波结构的导电几何结构层20中的多个导电排架21呈矩形阵列分布，且相邻的两个导电排架21之间的第一导电条211沿同一方向平行设置。进一步地，沿平行于第一导电条211的延伸方向，导电几何结构层20的相邻两个导电排架21的延伸方向在同一直线上的两个第一导电条211的相邻的端部之间的距离为L1，0.3mm≤L1≤1.0mm，优选地，L1＝0.5mm(在沿平行于第一导电条211的延伸方向上，相邻两个导电排架21之间的各第一导电条211之间一一对应地设置，则L1表示相邻的两个导电排架21中相对设置的两个第一导电条211之间的相邻两个端部之间的距离)。而且，沿垂直于第一导电条211的延伸方向，导电几何结构层20的相邻两个导电排架21之间的距离为L2，1.5mm≤L2≤2.5mm，优选地，L2＝2.0mm(在沿垂直于第一导电条211的延伸方向上，同一纵列排列的多个导电排架21中，L2表示相邻的两个导电排架21的相邻的两个第一导电条211之间的距离)。

如图4所示，同一个导电排架21中的相邻两个第一导电条211之间的距离为L3，0.5mm≤L3≤1.5mm，优选地，L3＝1.0mm。

如图3所示，超材料吸波结构包括三层基板10(三层基板10均利用FR4基板，其中，FR4基板的介电常数的范围为2.4≤ε≤3.6，优选地ε＝3.0)，三层基板10与两层导电几何结构层20沿垂直与导电几何结构层20的方向依次交替地设置。从而利用基板10将两层导电几何结构层间隔开合适的距离以达到优化对TE波透波效果以及优化对TM波的吸收效果。

具体地，三层基板10包括第一基板11、第二基板12和第三基板13，第一基板11的厚度为h1，第二基板12的厚度为h2，第三基板13的厚度为h3，h1＜h2＝h3。在本实施例中，第一基板11的厚度范围为0.8mm≤h1≤1.2mm，优选为h1＝1mm，第二基板12和第三基板13的厚度范围为7.5mm至11.5mm，优选地第二基板12和第三基板13的厚度为h2＝h3＝9.5mm。

为了提高制造加工该超材料吸波结构的工作效率，因而，各层导电几何结构层20与相邻的基板10之间相粘接。当然，各导电几何结构层20还可以电镀在相邻的其中一个基板10上(即该超材料吸波结构的其中一层导电几何结构层20可以电镀在第一基板11上，也可以电镀在第二基板12上；另一层导电几何结构层20可以电镀在第二基板12上，也可以电镀在第三基板13上)。

该超材料吸波结构装配完成后，其两层导电几何结构层20在该超材料吸波结构中起到两层电阻层的作用，由于两层导电几何结构层20对入射的电磁波的作用次序的先后，分别入射到两层导电几何结构层20的电磁波的磁通率的不同，以及电磁波分别穿过的基板10的厚度不同，因此两层导电几何结构层20形成的电阻层的电阻值就会不同，其中一层电阻层的电阻值是50Ω/Sq，另一层电阻层的电阻值是200Ω/Sq。本实施例的超材料吸波结构装配完成之后，其总厚度为20.04mm。

应用本实用新型的超材料吸波结构进行测试时，如图4所示，将该超材料吸波结构中的第三基板13放置在一层铜板之上进行测试，该层铜板的厚度范围为0.015mm至0.025mm，优选地该铜板的厚度为0.018mm，这样是为了测试该超材料吸波结构的吸收电磁波的性能。

如图5所示，其示出了应用该超材料吸波结构进行测试时的TE波与TM波对比的CST仿真效果曲线图，图中S11(TE)，S′11(TM)。从图5中可以知道，当TE波入射该超材料吸波结构时，该超材料吸波结构几乎不对TE波造成影响，TE波能够高效地透波，而当TM波入射该超材料吸波结构时，TM波在第一波段(即1.69GHz至6.61GHz)、第二波段(即10.67GHz至15.29GHz)以及第三波段(即19.52GHz至24.34GHz)之间的波段范围内会被吸收而无法透波。当TE波入射时(TE波的入射角为零，即TE波从正面入射)，电磁波没有太大影响，被反射的电磁波能量在17.25GHz以下均高于-3.87dB，即图中S11(TE)曲线所示。

结合参见图5和图6所示，图6示出了以第一波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图。入射到该超材料吸波结构的第一波段范围的TM波的反射能量低于-10dB，图中S′11(TM)曲线所示(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)。

结合参见图5和图7所示，图7示出了以第二波段为核心波段的CST仿真效果的TE波与TM波对比效果曲线图。当TM波入射时(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)，电磁波会在第二波段的波段范围的电磁波会被吸收，该波段范围内的电磁波反射能量均低于-10dB，即图中S′11(TM)曲线所示。

结合参见图5和图8所示，图8示出了以第三波段为核心的CST防震效果的TE波与TM波对比效果曲线图。当TM波入射时(TM波的入射角为零，即TM波从正面入射)，电磁波会在第三波段的波段范围的电磁波会被吸收，该波段范围内的电磁波反射能量均低于-10dB，即图中S′11(TM)曲线所示。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种防护罩，该防护罩包括吸波结构，该吸波结构为前述的超材料吸波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种电子系统，该电子系统包括防护罩，该防护罩为前述的防护罩。

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

Claims (16)

1.一种超材料吸波结构，其特征在于，包括：

基板(10)；

至少一层导电几何结构层(20)，所述导电几何结构层(20)设置在所述基板(10)上，所述导电几何结构层(20)包括多个导电排架(21)；

其中，所述导电排架(21)包括多个相互平行且间隔设置的第一导电条(211)、以及连接在相邻两个所述第一导电条(211)之间的第二导电条(212)。

2.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，多个所述导电排架(21)之间间隔设置且互不相连。

3.根据权利要求1或2所述的超材料吸波结构，其特征在于，至少一层所述导电几何结构层(20)为两层，两层所述导电几何结构层(20)沿垂直于所述导电几何结构层(20)的方向间隔地设置，其中一层所述导电几何结构层(20)中的各所述导电排架(21)的投影与另一层所述导电几何结构层(20)中的对应位置的所述导电排架(21)的投影至少部分重合。

4.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，其中一层所述导电几何结构层(20)中的各所述导电排架(21)的投影与另一层所述导电几何结构层(20)中的对应的所述导电排架(21)的投影相重合。

5.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，各所述第一导电条(211)与相连接的所述第二导电条(212)垂直设置。

6.根据权利要求5所述的超材料吸波结构，其特征在于，多个所述第一导电条(211)的长度相等，同一个所述导电排架(21)中的每个所述第一导电条(211)的两端部关于所述第二导电条(212)的中轴线对称设置。

7.根据权利要求2所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述导电几何结构层(20)中的多个所述导电排架(21)呈矩形阵列分布，且相邻的两个所述导电排架(21)的所述第一导电条(211)沿同一方向平行设置。

8.根据权利要求7所述的超材料吸波结构，其特征在于，沿平行于所述第一导电条(211)的延伸方向，所述导电几何结构层(20)的相邻两个所述导电排架(21)的延伸方向在同一直线上的两个所述第一导电条(211)的相邻的端部之间的距离为L1，0.3mm≤L1≤1.0mm。

9.根据权利要求7所述的超材料吸波结构，其特征在于，沿垂直于所述第一导电条(211)的延伸方向，所述导电几何结构层(20)的相邻两个所述导电排架(21)之间的距离为L2，1.5mm≤L2≤2.5mm。

10.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，同一个所述导电排架(21)中的相邻两个所述第一导电条(211)之间的距离为L3，0.5mm≤L3≤1.5mm。

11.根据权利要求1所述的超材料吸波结构，其特征在于，每个所述第一导电条(211)的线长为L4，每个所述第一导电条(211)的线宽为L5，12.0mm≤L4≤16.0mm，0.5mm≤L5≤1.0mm。

12.根据权利要求3所述的超材料吸波结构，其特征在于，所述超材料吸波结构包括三层所述基板(10)，三层所述基板(10)与两层所述导电几何结构层(20)沿垂直与所述导电几何结构层(20)的方向依次交替地设置。

13.根据权利要求12所述的超材料吸波结构，其特征在于，三层所述基板(10)包括第一基板(11)、第二基板(12)和第三基板(13)，所述第一基板(11)的厚度为h1，所述第二基板(12)的厚度为h2，所述第三基板(13)的厚度为h3，h1＜h2＝h3。

14.根据权利要求12所述的超材料吸波结构，其特征在于，各层所述导电几何结构层(20)与相邻的所述基板(10)之间相粘接。

15.一种防护罩，包括吸波结构，其特征在于，所述吸波结构为权利要求1至14中任一项所述的超材料吸波结构。

16.一种电子系统，包括防护罩，其特征在于，所述防护罩为权利要求15所述的防护罩。