CN103491754B - 高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 - Google Patents
高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103491754B CN103491754B CN201310385578.9A CN201310385578A CN103491754B CN 103491754 B CN103491754 B CN 103491754B CN 201310385578 A CN201310385578 A CN 201310385578A CN 103491754 B CN103491754 B CN 103491754B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fss
- metallic mesh
- radar
- pass
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 5
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 abstract description 3
- 239000002365 multiple layer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract 1
- 239000002355 dual-layer Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Abstract
本发明提供一种高性能雷达/红外双波段带通FSS，解决了现有技术中单层光学透明FSS的光学透过率和屏蔽效率矛盾、高级次衍射能量集中分布，多层金属网栅阵列结构无法实现雷达/红外双波带通功能的技术问题，属于电磁屏蔽技术领域。本发明的FSS包括两层相同的光学透明FSS和两层光学透明FSS中间的耦合电介质，两层光学透明FSS平行且相对于耦合电介质对称；所述光学透明FSS为圆孔型金属网栅、六边形金属网栅或者方格形金属网栅上的十字孔型周期阵列。本发明的FSS在保证透光率的同时，显著提高了屏蔽效率，具有高截止度，能够实现平顶、陡截止的带通传输特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面，属于电磁屏蔽技术领域。
背景技术
具有亚毫米尺度周期及微米量级线宽的栅网结构频率选择表面(频率选择表面简称FSS)，在不同波长的电磁波入射时表现出不同的电磁特性：如在可见光和红外光下呈现透明状态，在微波波长与孔径FSS单元尺寸一致时也呈现透明状态，而对于其它波段的微波和无线电波而言，相当于进行了金属化处理，实现了其内外电磁波的隔离，即防止外部的电磁干扰和内部的电磁泄漏。但现有技术中，单层光学透明FSS，其屏蔽能力与透光能力之间的矛盾以及其高级次衍射能量的集中分布限制了它在高性能光学窗中的应用。
多层周期性金属阵列结构，可以在保持透光能力不变的同时，显著提高屏蔽效率。如中国专利一种具有双层方格光学透明结构的电磁屏蔽光学窗(公开号CN101222840)，是由两层结构参数相同的方格金属网栅或金属丝网平行放置于光学窗或透明衬底两侧构成，双层方格的金属网栅方格边长大于现有单层方格金属网栅方格边长的2倍，其两层方格金属网栅的间距为其方格边长的2-4倍，相对于现有单层方格金属网栅，采用双层方格金属网栅结构的光学窗在不降低透光率的同时，大幅度提高了微波以及毫米波的屏蔽效率。但是，虽然该电磁屏蔽光学窗能够实现透光学波段屏蔽雷达波，但无法实现雷达/红外双波带通功能。
发明内容
为解决现有技术中单层光学透明FSS光学透过率和屏蔽效率矛盾、高级次衍射能量集中分布，多层金属网栅阵列结构无法实现雷达/红外双波带通功能的技术问题，本发明提供一种高性能雷达/红外双波段带通FSS。
本发明的高性能雷达/红外双波段带通FSS，包括两层相同的光学透明FSS和两层光学透明FSS中间的耦合电介质，两层光学透明FSS平行且相对于耦合电介质对称；
所述光学透明频率选择表面为金属网栅上的十字孔型周期阵列，所述十字孔型的周期为金属网栅周期的整数倍，每个十字孔型满足以下两点约束条件：
1)十字孔型的缝宽是金属网栅周期的整数倍减去金属网栅线宽；
2)十字孔型的缝长与十字孔型的缝宽之差为金属网栅周期的偶数倍；
所述金属网栅为圆孔型金属网栅、六边形金属网栅或者方格形金属网栅。
进一步的，所述耦合电介质的电厚度为0.1λ～0.2λ，λ为雷达带通中心频率对应的波长。
本发明的有益效果：
(1)本发明的雷达/红外双波段带通FSS采用双层结构的光学透明FSS，在金属网栅线宽相同、双层金属网栅周期为单层金属网栅周期两倍时，其透光率基本与单层光学透明FSS相同，根据雷达带通中心频点、耦合电介质参数，选择双层光学透明FSS的层距，可以在保持透光能力不变的同时，显著提高FSS的屏蔽效率，具有高截止度，且能够有效抑制杂散光；
(2)本发明的雷达/红外双波段带通FSS能够获得平顶、陡截止的带通传输特性，优化了FSS的光电特性，实现了雷达与光学双带通的电磁特性，增强了其在雷达/红外复合制导窗口应用的可靠性；
(3)本发明的约束条件同时克服了金属网栅上的十字孔型单元的一阶偶次谐振模式的畸变(畸变不仅影响对FSS谐振频点的预估，而且还增加了基函数的复杂程度，降低了金属网栅FSS优化设计的效率)和金属网栅FSS容易产生模式互作用零点的缺陷，保障了在金属网栅上设计FSS时，不影响雷达带通传输特性。
附图说明
图1为方格形光学透明FSS的周期单元；
图2中，(a)为圆孔型光学透明FSS的周期单元，(b)为(a)的局部放大图；
图3为本发明方格形高性能雷达/红外双波段带通FSS的效果图；
图4为本发明圆孔型高性能雷达/红外双波段带通FSS的效果图；
图5为本发明方格形和圆孔型高性能雷达/红外双波段带通FSS的雷达带通传输特性仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图3和图4所示，本发明的雷达/红外双波段带通FSS，包括两层相同的光学透明FSS和两层光学透明FSS中间的耦合电介质，两层光学透明FSS平行且相对于耦合电介质对称；
如图1和图2所示，所述光学透明频率选择表面为金属网栅上的十字孔型周期阵列，所述金属网栅为圆孔型金属网栅、六边形金属网栅或者方格形金属网栅，所述十字孔型的周期Tx和Ty为金属网栅周期g的整数倍，即：Tx=Ty=n×g；
每个十字孔型满足以下两点约束条件：
1)十字孔型的缝宽w是金属网栅周期g的整数倍减去金属网栅线宽2a，即w=k×g-2a；
2)十字孔型的缝长L与十字孔型的缝宽w之差为金属网栅周期g的偶数倍：L-w=2mg；
其中，n>m>k，且m，n，k均为正整数。
实施例1
当m=19、n=24、k=3、g=440μm、2a=25μm时，依据约束条件，得到图1和图2所示的方格形和圆孔型雷达/红外双带通FSS的周期单元，依据金属网栅线宽相同、双层光学透明FSS的金属网栅周期为单层光学透明FSS金属网栅周期两倍时，两者透光率基本相同，设计双层光学透明FSS的透过率为77%；
根据复合制导窗口屏蔽效率和雷达通带频率，设定耦合电介质厚度，当雷达带通中心频率对应的波长为λ时，耦合电介质的电厚度为相对介电常数，d为耦合电介质厚度)约为0.1λ～0.2λ，选取εr=4.803，则方格形雷达/红外双带通FSS的耦合电介质厚度为2.2mm，圆孔型雷达/红外双带通FSS的耦合电介质厚度为1.6mm；
将具有图1所示的周期单元的光学透明FSS置于耦合电介质两侧后，得到对应的方格形高性能雷达/红外双带通FSS，如图3所示；
将图2所示的周期单元的光学透明FSS置于耦合电介质两侧后，得到对应的圆孔型高性能雷达/红外双带通FSS，如图4所示；
对得到的方格形和圆孔型高性能雷达/红外双波段带通FSS的雷达带通传输特性计算，结果如图5所示，曲线1为方格形高性能雷达/红外双波段带通FSS的雷达带通传输特性仿真曲线，曲线2为圆孔型高性能雷达/红外双波段带通FSS的雷达带通传输特性仿真曲线，从图中可以看出，本发明的雷达/红外双波段带通FSS具有平顶、陡截止的滤波特性。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面，其特征在于，包括两层相同的光学透明频率选择表面和两层光学透明频率选择表面中间的耦合电介质，两层光学透明频率选择表面平行且相对于耦合电介质对称；
所述光学透明频率选择表面为金属网栅上的十字孔型周期阵列，所述十字孔型的周期为金属网栅周期的整数倍，每个十字孔型满足以下两点约束条件：
1)十字孔型的缝宽是金属网栅周期的整数倍减去金属网栅线宽；
2)十字孔型的缝长与十字孔型的缝宽之差为金属网栅周期的偶数倍；
所述金属网栅为圆孔型金属网栅、六边形金属网栅或者方格形金属网栅。
2.根据权利要求1所述高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面，其特征在于，所述耦合电介质的电厚度为0.1λ～0.2λ，λ为雷达带通中心频率对应的波长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310385578.9A CN103491754B (zh) | 2013-08-30 | 高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310385578.9A CN103491754B (zh) | 2013-08-30 | 高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103491754A CN103491754A (zh) | 2014-01-01 |
| CN103491754B true CN103491754B (zh) | 2016-11-30 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1098210A2 (en) * | 1999-11-05 | 2001-05-09 | Nec Corporation | Enhanced optical transmission apparatus utilizing metal films having apertures with or without periodic surface topography |
| CN101222839A (zh) * | 2008-02-04 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有双层圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗 |
| CN101222840A (zh) * | 2008-02-04 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗 |
| CN102709625A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种具有变频功能的厚屏频率选择表面的滤波器 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1098210A2 (en) * | 1999-11-05 | 2001-05-09 | Nec Corporation | Enhanced optical transmission apparatus utilizing metal films having apertures with or without periodic surface topography |
| CN101222839A (zh) * | 2008-02-04 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有双层圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗 |
| CN101222840A (zh) * | 2008-02-04 | 2008-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗 |
| CN102709625A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种具有变频功能的厚屏频率选择表面的滤波器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 光学透明频率选择表面的设计研究;张建等;《物理学报》;20130606;第62卷(第14期);第147304-1-147304-7页 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103763897B (zh) | 具有同心圆环的多周期主从嵌套圆环阵列电磁屏蔽光窗 | |
| CN106602252B (zh) | 网格方环加载过孔结构的2.5维超宽带移动通信天线罩 | |
| EP2573864A1 (en) | Man-made microstructure and artificial electromagnetic material | |
| CN103151580B (zh) | 加载分形结构的双频带亚毫米波频率选择表面 | |
| CN103813702B (zh) | 双层交错正交相切圆环及内切子圆环阵列电磁屏蔽光窗 | |
| Farooq et al. | A miniaturized and polarization insensitive FSS and CFSS for dual band WLAN applications | |
| CN205790397U (zh) | 一种超材料透波结构、天线罩及天线系统 | |
| CN106413359A (zh) | 多层石墨烯网栅/金属网栅层叠结构的双向吸波强电磁屏蔽光窗 | |
| CN103487860B (zh) | 雷达/红外双波段频率选择表面 | |
| Zhu et al. | An approach to configure low-loss and full transmission metamaterial based on electromagnetically induced transparency | |
| CN103682532A (zh) | 侧微腔与金属-介质-金属波导耦合的电磁波多带滤波器 | |
| Tuan et al. | Simple design of a copolarization wideband metamaterial absorber for C-band applications | |
| CN102811595B (zh) | 一种宽频吸波材料 | |
| CN105633592B (zh) | 人工电磁屏蔽材料 | |
| CN103491754B (zh) | 高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 | |
| CN203942018U (zh) | 一种基于多层环形缝隙贴片的频率选择表面结构 | |
| Shukoor et al. | Wideband Reconfigurable Multifunctional Absorber/Reflector With Bandpass/Bandstop Filtering and Band-Notch Absorption for RCS and EMI Shielding | |
| CN103687462B (zh) | 宽频谱电磁屏蔽光窗 | |
| Zuo et al. | Design of dual-polarized frequency selective structure with quasi-elliptic bandpass response | |
| CN106714533B (zh) | 具有石墨烯与双层金属网栅的透明双向吸波电磁屏蔽器件 | |
| CN208580847U (zh) | 一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩 | |
| CN106659099B (zh) | 石墨烯网栅与双层金属网栅透明电磁屏蔽器件 | |
| CN103763903B (zh) | 具有内切子圆环的同心圆环二维正交分布阵列电磁屏蔽光窗 | |
| CN103491754A (zh) | 高性能雷达/红外双波段带通频率选择表面 | |
| CN103763896B (zh) | 双层交错多周期金属圆环嵌套阵列的电磁屏蔽光窗 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |