一种基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体的制作方法

1.本发明属于微波器件工程技术领域，具体涉及一种基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体。


背景技术：

2.吸波体能够吸收电磁波，从而降低雷达散射截面或实现电磁隐身，其被广泛应用于天线、雷达和无线通信等领域。相比于传统吸波体，超材料吸波体具有低成本、小型化和低剖面的优点。通过在超材料吸波体的结构单元中加载变容二极管、石墨烯或者液晶可以实现可调谐功能。变容二极管的优点是调谐范围大、调谐速度快，但受封装引线电感的影响，只能工作在微波低频段(x波段以下)。石墨烯虽然可工作在ku以上波段，但受限于制备工艺，石墨烯薄膜的电磁一致性都无法保证。
3.液晶是一种单轴晶体，它的分子长轴具有一个固定的指向，在外加电场或磁场的作用下，液晶分子的长轴指向将发生偏转，从而引起液晶宏观介电常数发生变化。这样的特性使加载液晶的超材料吸波体具备调谐能力。相比于变容二极管和石墨烯，液晶可调谐超材料吸波体具有工作频率范围宽(从低频到太赫兹)、成本低等诸多优点。然而现有的液晶超材料吸波体存在q值小、结构单元尺寸大(导致角度稳定性差)，应用场景被极大限制。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决目前液晶可调谐超材料吸波体q值小、结构单元尺寸大的技术问题，而提供一种基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体。
5.本发明的一种基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体由结构单元周期性排布而成，所述结构单元由从上到下依次层叠设置的顶层介质板、金属结构层、液晶层、金属底板和底层介质板组成，其中所述金属结构层由同心的矩形金属环和分形金属环组成，分形金属环位于矩形金属环内部，所述分形金属环是将矩形环各边中段向矩形中心弯折成直角u形而形成的结构，所述分形金属环的外形轮廓呈矩形。
6.进一步限定，所述顶层介质板和底层介质板的形状、尺寸、材质均相同。
7.进一步限定，所述顶层介质板的形状为矩形，所述矩形边长为0.07～0.25个介质波长。
8.进一步限定，所述顶层介质板的形状为临边相等的矩形。
9.进一步限定，所述顶层介质板的厚度为100μm～1500μm。
10.进一步限定，所述矩形金属环和分形金属环的外形轮廓形状相同，均为矩形。
11.进一步限定，所述矩形金属环和分形金属环的矩形为临边相等的矩形。
12.进一步限定，所述矩形金属环的矩形边长为0.06～0.2个介质波长。
13.进一步限定，所述分形金属环的外形轮廓边长为0.05～0.18个介质波长。
14.进一步限定，所述分形金属环的直角u型壁的长度为0.015～0.03个介质波长，直角u型底的长度为0.015～0.06个介质波长。
15.进一步限定，所述矩形金属环和分形金属环的宽度的取值范围均为0.1mm～0.3mm。
16.进一步限定，所述液晶层的形状与顶层介质板的形状相同，其矩形边长为0.07～0.25个介质波长。
17.进一步限定，所述液晶层的厚度＜500μm。
18.进一步限定，所述金属底板的形状与顶层介质板的形状相同，其矩形边长为0.07～0.25个介质波长。
19.本发明中所述介质波长是根据吸波体的工作频率确定的。
20.本发明相比现有技术的优点如下：
21.本发明设计了一种液晶可调谐超材料吸波体，与现有的液晶可调谐超材料吸波体相比，本发明的液晶可调谐超材料吸波体同时具有单元结构小型化、高q值的优势，具体优点如下：
22.1)本发明设计了一个矩形金属环结构和一个分形金属环结构，矩形金属环和分形金属环分别引入一个谐振点，从而形成双频带吸收，与此同时，这两种环形结构均能有效的增加等效长度，从而使吸波体结构小型化。
23.2)本发明的双吸收频带均具有非常窄的带宽，即具有高q值特性。
附图说明
24.图1为实施例1的基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体的整体结构示意图；
25.图2为实施例1的基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体的结构单元示意图；其中1
‑
顶层介质板、2
‑
金属结构层、2
‑1‑
矩形金属环、2
‑2‑
分形金属环、3
‑
液晶层、4
‑
金属底板、5
‑
底层介质板；
26.图3为实施例1的基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体在液晶分子角度为90
°
时的仿真电流分布图；其中图3(a)
‑
8.06ghz、图3(b)
‑
9.8ghz；
27.图4为实施例1的基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体在不同液晶分子偏转角度下的吸波曲线，其中图4a
‑
te极化，图4b
‑
te极化。
具体实施方式
28.结合图1
‑
2对本发明的结构做进一步详细描述
29.实施例1：的本实施例的一种基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体由结构单元周期性排布而成，所述结构单元由从上到下依次堆叠设置的顶层介质板1、金属结构层2、液晶层3、金属底板4和底层介质板5组成，其中所述金属结构层2由同心的矩形金属环2
‑
1和分形金属环2
‑
2组成，分形金属环2
‑
2位于矩形金属环2
‑
1内部，所述分形金属环2
‑
2是将矩形环各边中段向矩形中心弯折成直角u形而形成的结构，所述分形金属环2
‑
2的外形轮廓呈矩形；
30.所述顶层介质板1的形状为矩形，所述矩形边长p1＝p2＝6mm，厚度h＝508μm，材质为罗杰斯5880；
31.所述金属结构层2的材质为铜，所述矩形金属环2
‑
1和分形金属环2
‑
2的外形轮廓形状相同，均为矩形；所述矩形金属环2
‑
1的矩形边长l1＝l2＝5.5mm；所述分形金属环2
‑
2的
矩形外形轮廓的边长l＝13×
2 l5，其中13＝1.75mm；所述分形金属环2
‑
2的直角u型壁l4＝0.6mm，直角u型底l5＝1mm；所述矩形金属环2
‑
1和分形金属环2
‑
2的宽度相同，计为w＝0.2mm；
32.所述液晶层3的形状与顶层介质板1的形状相同，其矩形边长＝6mm，所述液晶层3的厚度d＝250μm；
33.所述金属底板4的材质为铜，所述金属底板4的形状与顶层介质板1的形状相同，其矩形边长＝6mm；
34.所述底层介质板5的形状、尺寸、材质与顶层介质板1相同。
35.实施例1的基于磁控的双窄带液晶可调谐超材料吸波体在不同的液晶分子偏转角下的传输特性仿真结果如图3
‑
4所示。从图4中可以看出，该液晶可调谐超材料吸波体存在两个吸收峰，且当液晶分子偏转角度从0
°
变化到90
°
时，这两个吸收峰的中心频率分别从9ghz降低至8.06ghz和从11ghz降低至9.8ghz，调谐率分别达到了9.9％和11.5％。在任意液晶状态下，该吸波体的两个吸收峰的q值均大于110.9，且绝对带宽小于41mhz。此外，参照最低工作频率8.06ghz对应的自由空间波长λ0，该超材料吸波体的单元尺寸仅为0.16λ0×
0.16λ0。