CN108110418A - 一种宽带宽角工作的频率选择天线罩 - Google Patents

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杨培刚
陈文俊
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Abstract

本发明涉及一种频率选择金属化天线罩，可广泛用于雷达、通信、电子对抗等各个领域以实现特定的电磁兼容性，同时缩减设备的雷达散射截面积，降低被截获概率，提升隐身性能。该天线罩本质上是一种具有带内低插入损耗、带外高抑制度，宽通带、宽阻带及大入射角工作的空域滤波器。本发明由两层频率选择表面层及多层介质层组成，罩壁截面从上到下依次为氟碳漆层，外蒙皮，周期性金属贴片层及其介质衬底，胶膜，芯子层，胶膜，周期性金属贴片层及其衬底，内蒙皮层。该天线罩电讯、结构及环境适应性性能优良，具有较好的工程实用性。

Description

一种宽带宽角工作的频率选择天线罩
技术领域
本发明属于天线微波技术领域，涉及一种宽通带、宽阻带工作的金属化天线罩。
背景技术
要实现雷达的低可观测性，必须对其所载强散射源天线系统作隐身处理。正如阮颖铮在其著作《雷达截面与隐身技术》(国防工业出版社)一书中描述的一样：天线系统在实现隐身的同时，必须保证自身工作频带内的电磁波能够正常的发射和接收，故传统的RCS缩减技术往往不适用。因此频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)被广泛引用在雷达系统的隐身技术中。但是，由于FSS设计难度大，加工工艺复杂，成本高，大扫描角下特性不稳定等特性，目前并未广泛应用于各种武器平台。本发明频率选择天线罩的设计充分考虑现有复合材料加工工艺水平，利用成熟的介质夹层天线罩加工方法，成功加载精确设计的频率选择表面，从而实现一种宽带宽角工作的频率选择天线罩。
发明内容
本发明目的主要在于设计出一种具有频率选择特性的天线罩，结构包含一层耐候涂层1，外蒙皮2、内蒙皮7，两层胶膜4，芯子层5、外层FSS屏3和内层FSS屏6。其中，外层FSS屏3和内层FSS屏6是介质衬底基板9覆铜层刻蚀周期性金属单元8构成。该天线罩成型工艺限于真空袋压成型或热压罐成型。罩壁各层从外到内依次为(1)～(7)，各层之间采用胶膜或树脂基体粘接。印制板覆铜层紧贴蒙皮。外蒙皮2与其相邻的外层FSS屏3、内蒙皮7与其相邻的内层FSS屏6共同固化，玻璃钢蒙皮与FSS屏粘接无需单独用胶。芯子层5采用聚甲基丙烯酰亚胺闭孔刚性泡沫材料。该类型天线罩有别于普通介质天线罩，除可以提供一个宽带(相对带宽25％以上)、宽角(70°以上)及低插入损耗(不大于0.8dB)的通带以外，还能提供一个宽带(相对带宽75％以上)、高抑制度(10dB以上)的阻带，从而实现特定的电磁兼容特性并减小相应设备的特征信号，提高隐身性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
在普通介质天线罩的基础上引入金属化周期单元8，如图2所示，实现天线罩空域滤波特性。为实现宽的通、阻带频响特性，采用两层FSS屏级联的方式。为保证加工精度和简化工艺过程，两层FSS屏采用印刷电路技术，将金属周期单元8印刷在选定的介质衬底基板9上。金属单元8选用六边形环状单元，作周期性三角排列，保证单元排布的致密性，如图3所示。根据要实现的阻带带宽，分别设计两层FSS屏，通过调整谐振频点的位置，使两层FSS屏级联后覆盖所需阻带频段。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
①内蒙皮7、外蒙皮2树脂基体、胶膜4以及介质衬底基板均选用工程常用环氧体系，成本低，复合工艺成熟，层间粘接一致性好。
②六边形环状金属周期单元8可致密排列，单元间距小，栅瓣出现的频率靠后，且大入射角特性稳定，可工作至70°以上。
③内层FSS屏3与外层FSS屏6独立设计，设计自由度大，可控参数多，特定指标在设计中更容易实现。
④内层FSS屏3与外层FSS屏6级联，阻带带宽超过2.5倍频程，通带带宽亦有所展宽，且大入射角特性相对单层FSS电性能更优。
附图说明
图1是本发明天线罩罩面分层示意图，该图详述了罩壁结构和材料成分，包含氟碳漆层，玻璃钢内外蒙皮，两层不同的FSS屏，两层胶膜和芯子层。
图2是本发明FSS屏的周期单元示意图，由一层介质衬底基板及其上六边形金属周期单元组成。
图3是周期单元以三角形网格致密排列，构成二维周期平面，形为蜂窝状。图中仅显示单元的排列方式，实际FSS单元数由天线罩总体尺寸确定。图中虚线显示的是周期单元的介质衬底基板的边界，实际加工中各单元的衬底为一张整板。
图4是入射角70°内本发明所述天线罩的通带插入损耗。
图5是本发明所述天线罩的阻带插入损耗(抑制度)，图中两条曲线分别为两种极化TE、TM波的频响特性。
附图中标号对应名称：1—耐候性涂层；2—外蒙皮；3—外层FSS屏；4—胶膜；5—芯子层；6—内层FSS屏；7—内蒙皮；8—周期单元；9—介质衬底基板。
具体实施方式
下面结合附图通过实例对本发明做进一步描述。
本发明所述的频率选择金属化天线罩，罩体分层如图1所示，包括耐候性涂层1，外蒙皮2，内蒙皮7，外层FSS屏3，内层FSS屏6，两层胶膜4以及中间芯子层5。
其中，耐候性涂层1一般选用氟碳漆，厚度不大于50μm，对电性能影响不大，设计中不作为可调变量。在天线罩体加工完成之后喷涂打磨。
外蒙皮2和内蒙皮7优选树脂基玻璃纤维增强复合材料，其中，树脂基体采用环氧体系，相对介电常数3.5～4.2。采用环氧基体的另一个好处是蒙皮与漆膜的粘接性能优异，无需在外蒙皮2与耐候性涂层1中间喷涂底漆。其厚度由电讯和结构特性指标共同确定，L、S、C波段一般在1mm左右，X波段一般在0.5mm左右。内外蒙皮与其相邻的FSS屏共同固化，无需单独用胶，可降低工艺复杂度并减少引入有损耗的介质层。
外层FSS屏3和内层FSS屏6一般采用印刷电路技术，周期性金属单元8如图2所示，印刷在介质衬底基板9上，三角致密排列，如图3所示。金属厚度一般选用18μm或35μm规格。介质衬底基板9优选FR4类环氧板(介质损耗tanδ＜0.015)，其成本相比微波板低很多，同时能保证罩体的粘接一致性，性价比高，厚度一般在0.2mm以内。介质衬底基板9有软板和硬板之分，软板在物理尺寸上有优势，硬板可更好的保证FSS屏的平面度。
粘接用胶膜4，从电性能的角度可优选氰酸脂类，损耗低，厚度可控，但成本高，需要热压罐等先进设备。本发明从工艺角度考虑，优选环氧类胶膜，使罩体材料一致性高，厚度规格0.05mm～0.2mm，既保证良好的粘接性能，又尽量降低材料引起的罩体损耗。
本发明芯子层5选用聚甲基丙烯酰亚胺闭孔刚性泡沫材料，和内外蒙皮构成三明治夹层结构，提供必要的刚强度。该材料加工精度高，电、结构特性好。
图4为本发明天线罩通带典型插入损耗图，可以看出最大损耗约为0.7dB，满足大部分工程应用需求。
图5为本发明天线罩典型阻带抑制度图，-10dB带宽超过70％，-20dB带宽超过50％，可广泛应用于各武器平台的电磁兼容性和RCS减缩。

Claims (2)

1.一种宽带宽角工作的频率选择天线罩，其特征在于：包含一层耐候涂层(1)，外蒙皮(2)、内蒙皮(7)，两层胶膜(4)，芯子层(5)、外层FSS屏(3)和内层FSS屏(6)；其中，FSS屏(3)和FSS屏(6)是介质衬底基板(9)覆铜层刻蚀周期单元(8)构成；该天线罩成型工艺限于真空袋压成型或热压罐成型；罩壁各层从外到内依次为(1)～(7)，各层之间采用胶膜或树脂基体粘接；印制板覆铜层紧贴蒙皮。
2.根据权利要求1所述的宽带宽角工作的频率选择天线罩，其特征在于：外蒙皮(2)与其相邻的外层FSS屏(3)、内蒙皮(7)与其相邻的内层FSS屏(6)共同固化，蒙皮与FSS屏粘接无需单独用胶。
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