CN104064839A - 主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，属于频率选择表面技术领域。解决了现有技术中混合型FSS的被动雷达工作带宽窄、主被动雷达双带通间隔窄，无法应用于复合制导体制中的技术问题。本发明的频率选择表面包括多个金属贴片单元和多个电控集总元件，多个金属贴片单元按周期排列，任意两个相邻的金属贴片单元通过电控集总元件连接，每个金属贴片单元内均设有开孔。该频率选择表面在电控集总元件连通时，具有高通滤波特性，能够实现宽波段工作被动雷达开关功能，在电控集总元件断开时，具有宽间隔双带通特性；能够应用于主被动复合制导武器天线罩隐身，提高了主被动复合制导武器生存能力和突防能力。

Description

主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面
技术领域
本发明涉及一种主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，属于频率选择表面技术领域。
背景技术
主被动雷达复合导引系统充分利用主动雷达制导精度高，能全天候或准全天候工作的特点，被动雷达探测距离远、隐蔽、抗干扰能力强的优点，两者复合起来，可以实现远区用被动雷达探测，近区用主动雷达探测，使导弹等飞行器具有远距离、高精度制导和抗干扰的优点。根据上述主被动雷达导引原理可知，复合制导头罩内部的金属面天线、高频部件将形成腔体效应，对飞行器正前方雷达散射截面积(RCS)贡献超过50％。目前，国内外通常采用频率选择表面(FSS)缩减金属反射面和高频部件的RCS，提高主被动雷达复合制导武器的突防能力和生存能力。
现有技术中，中国专利201010168139.9公开了一种对入射角稳定的混合型FSS，该频率选择表面为波导型频率选择表面和贴片型频率选择表面的混合，单元结构为圆环，将其单元嵌入波导型频率选择表面的单元内，其中使用的是正方形周期。该FSS能够实现主被动雷达双带通，但是其主被动雷达双带通的间隔窄，且被动雷达工作波段也较窄，无法满足复合制导中的要求，多应用于多模主动雷达体制中。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中混合型FSS的被动雷达工作带宽窄、主被动雷达双带通间隔窄，无法应用复合制导体制中的技术问题，提供一种主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是：
主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，包括多个金属贴片单元和多个电控集总元件，所述多个金属贴片单元按周期排列，任意两个相邻的金属贴片单元通过电控集总元件连接，每个金属贴片单元内均设有开孔。
进一步的，所述开孔的形状与金属贴片单元的形状相同。
进一步的，所述开孔与金属贴片单元具有相同的中心点和中心线。
进一步的，所述金属贴片单元的线宽为毫米量级，更进一步的，所述金属贴片单元的线宽为被动雷达工作波长的1/10。
进一步的，所述金属贴片单元为十字形、圆形或者六边形。
进一步的，所述电控集总元件为PIN二极管。
进一步的，所述多个电控集总元件按周期分布。
本发明的有益效果：
本发明的频率选择表面，在电控集总元件连通时，具有高通滤波特性，在电控集总元件断开时，具有带阻滤波特性，在实现宽波段工作被动雷达开关功能的同时，具有宽间隔双带通特性，从而能够应用于主被动复合制导武器天线罩隐身，提高了主被动复合制导武器生存能力和突防能力。
附图说明
图1为本发明的频率选择表面的结构示意图；
图2中，(a)为本发明的频率选择表面在电控集总元件连通时的物理模型，(b)为本发明的频率选择表面在电控集总元件断开时的物理模型；
图3为本发明实施例的金属贴片单元及电控集总元件的尺寸示意图；
图4为本发明实施例电控集总元件连通和断开两种状态下的传输频谱曲线；
图中，1、金属贴片单元，2、电控集总元件，3、开孔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面包括多个金属贴片单元1和多个电控集总元件2，所有金属贴片单元1按周期排列，且任意两个相邻的金属贴片单元1均通过电控集总元件2连接，优选所有电控集总元件2也按周期分布；每个金属贴片单元1内均设有一个开孔3，由于开孔3是金属贴片单元1的一部分，所以所有开孔3也按周期排列，即不同金属贴片单元1的开孔3完全相同，也就是在不同金属贴片单元1上的开孔位置、开孔方向和开孔尺寸一致。其中，金属贴片单元1的图形可以为圆形、六边形、十字形等，材料可以为金、银、铜、铝等，金属贴片单元1的线宽一般为毫米量级，可以为被动雷达波长的1/10。开孔3的形状通常与金属贴片单元1的形状相同，尺寸为亚毫米量级，并且与金属贴片单元1具有相同的中心点和中心线，当金属贴片单元1为轴对称图形，开孔3金属贴片单元1与具有相同的对称轴。电控集总元件2通常沿两点间最短距离连接任意两个相邻的金属贴片单元1，如当金属贴片单元1为十字形，电控集总元件2的两端分别连接任意两个相邻的金属贴片单元1的最接近的十字形的端部边缘，一个金属贴片单元1上通常连接四个电控集总元件2。
金属贴片单元1的形状、尺寸、周期，以及开孔3的形状、尺寸，均依据主被动雷达的工作频率确定，金属贴片单元1一般采用正方形周期。电控集总元件2的频率应当与主被动雷达工作频率一致，电阻尽可能的小，响应时间和温度可以根据使用指标和使用环境而定，可以为PIN二极管。
如图2所示，本发明的频率选择表面，当电控集总元件2处于连通或断开状态，FSS呈现两种状态，当电控集总元件2处于连通状态，频率选择表面的状态如图2(a)所示，线宽为毫米量级的FSS的等效介电常数满足Drude模型，当照射波长大于金属贴片单元1的线宽(约为10倍)时，等效介电常数为负，此时，FSS具有高通滤波特性，对照射波长产生屏蔽效果，从而满足宽波段被动雷达开关功能的需求；当电控集总元件断开时，频率选择表面的状态如图2(b)所示，线宽为毫米量级的FSS的等效介电常数满足Lorentz模型，当照射波长与非连续的金属贴片单元1的谐振尺寸一致时，等效介电常数为0，表现为全反射的空间滤波特性，当照射波长从非连续的金属贴片单元1谐振尺寸处往短波和长波方向变化时，等效介电常数越是接近于1，表现为带阻滤波特性。即FSS从高通滤波特性转变为带阻滤波特性，从而满足主动雷达和被动雷达宽间隔双带通的要求。
实施例1
首先，假定主被动复合制导体制中，被动雷达工作波段范围是2GHz～4GHz，主动雷达波段工作在20GHz～22GHz。
依据主被动雷达的工作波段要求，设计的频率选择表面包括按周期排列的多个十字形贴片单元和按周期排列的多个电控集总元件2，任意两个相邻的十字形贴片单元最接近的端部通过电控集总元件2连接，每个十字形贴片单元内均设有一个十字形开孔，十字形开孔与十字形贴片单元具有相同的中心点和中心线；如图3所示，十字形贴片单元的线宽Wout＝1mm，十字形开孔的线宽Win＝0.6mm，十字形贴片单元的周期T＝7mm，电控集总元件2的长度S＝0.4mm。
如图4所示，本发明实施例1的FSS根据主被雷达假定的工作波段在电控集总元件连接和断开两种状态下的传输频谱曲线，曲线a为电控集总元件连接，曲线b为电控集总元件断开。从图4可以看出，当电控集总元件连接时，频率选择表面在2-6GHz范围内为不透明窗口，在12-18GHz范围内为透明窗口。当电控集总元件断开时，在2-6GHz范围内和12-18GHz范围内同时为透明窗口。
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 (8)

1.主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，包括多个金属贴片单元(1)和多个电控集总元件(2)，所述多个金属贴片单元(1)按周期排列，任意两个相邻的金属贴片单元(1)通过电控集总元件(2)连接，每个金属贴片单元(1)内均设有开孔(3)。
2.根据权利要求1所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述开孔(3)的形状与金属贴片单元(1)的形状相同。
3.根据权利要求1所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述开孔(3)与金属贴片单元(1)具有相同的中心点和中心线。
4.根据权利要求1所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述金属贴片单元(1)的线宽为毫米量级。
5.根据权利要求4所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述金属贴片单元(1)的线宽为被动雷达工作波长的1/10。
6.根据权利要求1或2所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述金属贴片单元(1)为十字形、圆形或者六边形。
7.根据权利要求1所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述电控集总元件(2)为PIN二极管。
8.根据权利要求1所述的主被动雷达复合制导体制中的频率选择表面，其特征在于，所述多个电控集总元件(2)按周期分布。
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