一种采用大面积离散化图案制备UHF频段吸波器的方法与流程

一种采用大面积离散化图案制备uhf频段吸波器的方法
技术领域
1.本发明具体涉及采用大面积离散化图案制备uhf频段吸波器，属于微波器件技术领域。


背景技术：

2.微波吸波器(microwaveabsorber)大多数采用pcb工艺、丝网印刷技术、喷墨打印技术、磁控喷溅技术、激光烧蚀技术等加工工艺对其进行加工。但是，采用以上加工工艺制作出来的吸波器大多数工作在s波段(2-4ghz)、c波段(4-8ghz)、x波段(8-12ghz)、k波段(12-18ghz)及其以上的频段内，这些频段吸波器的工作频率比较高，因此吸波器的单元尺寸比较小，采用这些加工工艺是可行的，但是那些传统吸波器的加工方法存在一些问题和缺陷，如采用磁控喷溅技术成本比较高昂，采用喷墨打印技术对加工的环境条件要求比较高，使用丝网印刷技术的话需要进行制版比较麻烦，不适合科学上的研究。其次，对于工作在uhf频段的吸波器来说，由于美标uhf频段(902mhz-928mhz)，相对于之前的吸波器来说，频率较低，因此吸波器的单元尺寸较大，如果仍然采取之前的加工工艺如喷墨打印技术、磁控喷溅技术、激光烧蚀技术等，就会不可避免的带来一系列更加复杂的问题如加工成本高、加工周期长、加工麻烦、不能够大面积进行加工等问题等。
3.rfid技术作为物联网的重要支撑技术之一，如何避免误识别和提高识别效率是rfid亟待解决的问题，研究表明使用吸波材料来吸收环境中反射的电磁波，改善电磁环境，可以有效地改善系统的性能。目前，uhf频段超材料吸波体，尤其是具有应用背景支撑的uhf频段超材料吸波体在国际上的研究仍较少。
4.2013年，比萨大学的filippo costa等人设计了一款uhf频段的窄带完美超材料吸波体(costaf,genovesi s,monorchioa,et al.perfectmetamaterial absorbers in the ultra-high frequency range.ursi international symposium on electromagnetic theory.2013:701-703；)该吸波体采用频率选择表面中常用的耶路撒冷十字结构，在865-868mhz的uhf-rfid系统工作频段有较高的吸收率,但相对带宽窄，仅为0.3％，且斜入射敏感，限制了其在uhf-rfid系统中的实际应用。除此之外，基于传统fr4作为基底所制作的吸波器具有不可弯曲的缺陷，不能满足在仓库立柱、曲顶柱体表面等吸收电磁干扰，改善系统性能的需求。为了更好的提高的吸波器的应用前景和其价值潜力，亟需设计一款柔性的工作在uhf频段的吸波器。
5.柔性的uhf频段的吸波器，在特定弯曲的情况下仍然能够在uhf-rfid通信系统中改善系统的稳定性，具有十分重要的意义。采取本文提出的方法设计、加工、制作一款柔性uhf频段吸波器。


技术实现要素：

6.技术问题：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种采用大面积离散化图案制备uhf频段吸波器的方法，即基于大面积离散化fss的制备方法，并应用此方法制备工
作在uhf频段的吸波器；该吸波器也具有极化不敏感特性，满足柔性、大角度斜入射吸波率稳定的特点，克服了传统吸波器加工的缺点，具有广泛的应用价值与巨大的前景。
7.技术方案：本发明的一种采用大面积离散化图案制备uhf频段吸波器的方法包括如下步骤：
8.步骤1.将一整块金属贴片粘在热释放胶带上，然后使用切割机的切割头进行图案化切割，通过对切割机设置合适的切割功率，保证一整块金属贴片能够完全切透而热释放胶带不被切穿；
9.步骤2.切割完毕之后，得到图案化的金属贴片和即将被撕掉的剩余金属贴片，其中图案化的金属贴片和即将被撕掉的剩余金属贴片共同构成一整块金属贴片；
10.步骤3.撕掉剩余的金属贴片，即可得到在热释放胶带上的图案化的金属贴片；
11.步骤4.将普通基底粘贴在步骤三制备的带图案化的金属贴片的热释放胶带上，然后使用热源对热释放胶带加热；
12.步骤5.当加热温度达到热释放胶带的释放温度时，其热释放胶带失去粘性，自动脱落，即可得到大面积离散化图案化的金属贴片转移到基底上；
13.步骤6.多次利用步骤1到步骤5的方法，既可以将设计的工作在uhf频段的吸波器制作出来。
14.当电磁波入射至该吸波器的单元结构装置时，首先接触到最上层的图案化的金属贴片，和最上层的基底构成电磁强谐振，产生一个谐振频点；第二层的图案化的金属贴片与最下层的基底还有底层金属背板形成电磁谐振，产生了第二个谐振频点，通过合理设计图案化的金属贴片的尺寸和基底厚度，使其两个谐振频点彼此靠近，相互叠加，从而产生了一个比较宽的吸波带宽。本发明采用的柔性基底pc是在我们日常生活中十分容易获得的柔性基底，其相对于真空的介电常数为2.75，损耗角的正切值为0.0057。由于本发明设计结构具有中心对称的特点，因此该吸波器也具有极化不敏感特性。满足柔性、大角度斜入射吸波率稳定的特点。
15.由于uhf频段工作在(902mhz-928mhz)其工作频段相对于大多数工作在微波段的吸波器而言比较低，因此吸波器的单元尺寸相对较大，这给其加工带来了很大的困难和挑战，本发明基于大面积离散化图案的制备方法并应用此方法制备的uhf频段吸波器，克服了传统吸波器加工的缺点，具有广泛的应用价值与巨大的前景。
16.有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种基于大面积离散化的制备方法及应用此方法加工了一款uhf频段的吸波器，该制备方法对基底的适应性强、加工快速、制作成本低廉。基于此方法制作的吸波器可用于射频电路、天线等领域，该吸波器的柔性、大角度斜入射稳定的特性为吸波器的应用拓展了道路，具有广泛的应用前景与巨大的应用价值。
附图说明
17.图1是本发明制备uhf频段吸波器的流程图；
18.图2是本发明制备uhf频段吸波器的结构示意图；
19.图3是本发明制备uhf频段吸波器的水平极化波极化模式电磁波的吸波率随频率分布图；
20.图4是本发明制备uhf频段吸波器的垂直极化波极化模式电磁波的吸波率随频率分布图。
21.图中有：切割机的切割头1、一整块金属贴片2、图案化的金属贴片21、剩余金属贴片22、热释放胶带3、普通基底4、热源5。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施实例对本发明作出进一步的说明。
23.如图1所示，为大面积离散化图案的制备方法及应用此方法加工一款uhf频段吸波器。
24.本发明的基于柔性基底的大面积离散化金属图案的制备方法，包括如下步骤：
25.步骤一：将一整块金属贴片2粘在热释放胶带3上，然后使用切割机的切割头1进行图案化切割，通过对切割机设置合适的切割功率，保证金属贴片能够完全切透而热释放胶带不被切穿；
26.步骤二：切割完毕之后，得到图案化的金属贴片21和即将被撕掉的剩余金属贴片22，
27.步骤三：撕掉剩余的金属贴片22，即可得到在热释放胶带3上的图案化的金属贴片21。
28.步骤四：将普通基底4粘贴在步骤三之后的物体上，然后使用热源5(如热风枪、热吹风等)对其加热，加热3-4分钟；
29.步骤五：当加热温度达到热释放胶带的释放温度时，其热释放胶带3失去粘性，自动脱落，即可得到大面积离散化金属贴片21图案转移到基底4。
30.步骤六：重复步骤一-步骤五即可加工出一款uhf频段吸波器。
31.图2是应用此制备方法设计的uhf吸波器示意图。单元周期p＝108mm,x＝96mm,w＝95.3mm、h1＝0.8mm,h2＝0.3mm；总厚度为1.1毫米，具备十分轻薄的特点。
32.图3、图4是应用此制备方法设计uhf吸波器的不同极化模式的电磁波的吸波率随频率分布图。吸波率＝1-反射率-透射率；由于最底层为金属背板，所以s
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＝0，即透射率t＝0，反射率r＝(s
11
)2，所以吸波率＝1-(s
11
)2，从图中可以看出，在水平极化模式下，当垂直入射式，当入射吸波率在uhf频段内存在90％以上的吸波频段，吸波性能优异；当斜入射角度小于等于40
°
时，在uhf频段内均存在90％以上的吸波频段，但是吸波频段随着斜入射角度的增加，吸波带宽在逐渐下降；在垂直极化模式下，当垂直入射式，当入射吸波率在uhf频段内存在90％以上的吸波频段，吸波性能优异；当斜入射角度小于等于40
°
时，在uhf频段内均存在90％以上的吸波频段，但是吸波频段随着斜入射角度的增加，吸波带宽在逐渐下降。