CN108321550B - 一种低频吸波高频透波天线滤波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低频吸波高频透波天线滤波结构，包括两层FR4板材、以及设置在FR4板材之间的泡沫层，其中一层FR4板材的表面上覆有矩形金属环和4个呈有间隙正方形阵列分布的矩形金属片，矩形金属片在金属环内，另一层FR4板材的表面上设置有吸波电路结构，本发明的结构同时兼备吸波性能和透波性能。

Description

一种低频吸波高频透波天线滤波结构
技术领域
本发明涉及微波通讯领域，特别涉及一种低频吸波高频透波天线滤波结构。
背景技术
随着各国军事技术快速发展，具有频选特性的天线罩已成为各国尖端装备的首选，它需要实现在工作频带内具有高透波性能，在工作频带外具有高截止性能，从而实现将入射到目标上的电磁波反射到其他方向，进而可实现单站雷达的隐身性能，对双基站雷达或多基站雷达网络系统无效。
多数频选结构功能单一，只具有吸波性能或透波性能，不能同时兼顾。对于频选透波结构，其带外信号多呈现截止特性，不具有吸波性能，其散射信号很容易被双基站雷达或多基站雷达网络系统探测到；
目前，现有技术中含有少数兼顾吸波与透波特性的频选结构，但存在以下缺点：
(1)其带内的透波性能较差，且由于尺寸限制无法实现低频段吸波性能，在很大程度上限制其应用场景；
(2)采用谐振槽设计，使得其通带带宽较窄，无法完全覆盖X 波段；
(3)采用非对称设计，只针对特定极化方向的电磁波才具有吸波性能或透波性能，应用范围较小。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种低频吸波高频透波天线滤波结构，包括两层FR4板材、以及设置在FR4板材之间的泡沫层，其中一层FR4板材的表面上覆有矩形金属环和4个呈有间隙正方形阵列分布的矩形金属片，矩形金属片在金属环内，另一层FR4板材的表面上设置有吸波电路结构。
进一步地，吸波电路结构包括4个带状线、4个集总电阻R，四组并联LC电路结构，其中，每一个带状线与一组LC电路结构之间接入一个集总电阻R后串联成一体，每组LC电路结构由集总器件L 和集总器件C并联而成。
进一步地，四组LC电路结构呈十字交叉设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)同时实现低频吸波和高频透波；
(2)X波段透波率≥85％；
(3)实现无极化特性。
附图说明
图1为一种低频吸波高频透波天线滤波结构的单元结构侧视图；
图2为一种低频吸波高频透波天线滤波结构的单元结构正视图；
图3为一种低频吸波高频透波天线滤波结构的单元结构后视图；
图4为透波电路结构周期性排列图；
图5为电磁波经过透波电路结构周期性排列得到的S参数仿真结果图；
图6为电磁波经过吸波电路结构周期性排列得到的S参数仿真结果图；
图7为电磁波经过本发明结构得到的S参数仿真结果图；
图8为本发明结构得到的吸收率和透波率的仿真结果图；
图9本发明专利结构在不同极化方向的电磁波激励下的S参数仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1至图3，一种低频吸波高频透波天线滤波结构，包括两层 FR4板材1、以及设置在FR4板材1之间的泡沫层8，其中一层FR4 板材1的表面上设置有矩形金属环2和4个呈有间隙正方形阵列分布的矩形金属片3，其中，矩形金属片3设置在矩形金属环2内，该结构为透波结构，可以形成较宽的通带，同时在低频段产生一个传输零点，另一层FR4板材的表面上设置有吸波电路结构，吸波电路结构包括4个带状线5、4个集总电阻(R)6，四组并联LC电路结构，其中，每一个带状线5与一组LC电路结构之间接入一个集总电阻(R)6后串联成一体，每组LC电路结构由集总器件(L)4和集总器件(C)7并联而成，四组LC电路结构呈十字交叉设置。
图4是透波电路结构周期性排列图，图5表示电磁波经过图4 的结构得到的S参数(散射参数)仿真结果图，端口1为从含有吸波电路的FR4板材中引出的端口，端口2为从含有滤波电路的FR4 板材中引出的端口，图中，S11反射系数代表端口1的反射情况， S21传输系数代表能量从1端口传输到端口2的情况，S12传输系数代表能量从端口2传输到端口1的情况，S22反射系数代表端口2 的反射情况。
从图5中可以看出，该结构在8.0GHz～13.0GHz频段范围内，回波损耗(S11)小于-10dB，即产生宽通带；对于传输零点4.2GHz(截止点)，其插入损耗已达到-30dB以下。
图6是电磁波经过吸波电路结构周期性排列得到的S参数(散射参数)仿真结果。端口1为从含有吸波电路的FR4板材中引出的端口，端口2为从含有滤波电路的FR4板材中引出的端口，图中， S11反射系数代表端口1的反射情况，S21传输系数代表能量从1端口传输到端口2的情况，S12传输系数代表能量从端口2传输到端口1的情况，S22反射系数代表端口2的反射情况。
从图6中可以看出，该结构在0GHz～14GHz频段范围内，回波损耗(S11)小于-5dB，即整个带宽内端口反射小于30％，产生宽通带；同时在5.0GHz产生一个吸收率为48％的吸波带，在0～4.0GHz和 5.9～14GHz范围内，传输系数大于-3dB。
图7为电磁波经过透波结构和吸波结构组合状态下的得到S参数仿真结果图，端口1为从含有吸波电路的FR4板材中引出的端口，端口2为从含有滤波电路的FR4板材中引出的端口，图中，S11反射系数代表端口1的反射情况，S21传输系数代表能量从1端口传输到端口2的情况，S12传输系数代表能量从端口2传输到端口1 的情况，S22反射系数代表端口2的反射情况。
图8为本发明结构即透波结构和吸波结构组合状态下得到的吸收率和透波率的仿真结果。
从图7和图8可以看出，7.5～12.6GHz范围内，两端口的回波损耗都小于-10dB,涵盖了X波段，且透波率在7.8～12.3GHz带宽内达到85％。对于吸波段，吸收率大于80％的带宽覆盖了3.7GHz～5.7GHz。
图9为本发明专利结构在不同极化方向的电磁波激励下的S参数仿真结果图。从图中可见，在保持该频选结构的周期单元尺寸不变的情况下，当入射电磁波的极化方向由平行与X轴变成与XY轴成 45°以及平行与Y轴时，S参数仿真结果基本保持不变，使得该频选结构具有无极化特性，即对垂直入射的TE/TM波都具有相同的频率响应。
尽管已经示出和描述了本发明新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种低频吸波高频透波天线滤波结构，适用于8 .0GHz～13 .0GHz频段范围的电磁波，其特征在于：包括两层FR4板材、以及设置在FR4板材之间的泡沫层，其中一层FR4板材的表面上覆有矩形金属环和4个呈有间隙正方形阵列分布的矩形金属片，矩形金属片在金属环内，另一层FR4板材的表面上设置有吸波电路结构；吸波电路结构包括4个带状线、四组并联LC电路结构，其中，每一个带状线与一组LC电路结构之间接入一个集总电阻R串联成一体，每组LC电路结构由集总器件L和集总器件C并联而成；四组LC电路结构呈十字交叉设置。
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