CN109167180A - 空间极化滤波器 - Google Patents
空间极化滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109167180A CN109167180A CN201811022509.0A CN201811022509A CN109167180A CN 109167180 A CN109167180 A CN 109167180A CN 201811022509 A CN201811022509 A CN 201811022509A CN 109167180 A CN109167180 A CN 109167180A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- layer
- metal layer
- filter
- spatial polarizations
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种空间极化滤波器，该空间极化滤波器由三层金属层与两层介质层组成，三层金属层中的第一金属层为周期性排布的金属栅条结构，该第一金属层能全反射y极化波，而保持对x极化波的高透性；第二与第三金属层是由两类金属贴片按照棋盘格方式分布的具有漫散射表面的金属层，它们可将第一金属层反射的y极化波进行漫散射；两层介质层均由普通的印制电路板构成。本发明提供的空间极化滤波器不仅能够在宽带范围内实现极化滤波的效果，同时能够在Ku波段对y极化反射波进行漫散射从而大幅降低背向RCS，同时，该空间极化滤波器具有制作简便，效率高，多功能的特性。
Description
技术领域
本发明属于微波技术领域，尤其涉及一种空间极化滤波器设计。
背景技术
雷达散射截面(Radar cross section，RCS)在雷达探测领域具有极其重要的地位，其大小直接关乎雷达探测的作用距离。而在现代战争中，为了提升飞行器的作战能力，世界各国都在不遗余力地发展RCS减缩技术，以降低飞行器被雷达探测的概率，提升飞行器的生存能力。现有技术中，利用超材料来降低RCS的主要途径有电磁吸波器与漫散射技术。电磁吸波器主要通过将照射的电磁能转化为内能耗散掉，从而达到降低背向RCS的目的。而漫散射技术则主要在不破坏物理表面的基础上，通过引入平面相位突变结构来模拟粗糙表面以达到发散波束从而降低背向RCS的目的。相较于电磁吸波器而言，基于超材料的漫散射技术往往具有简单、轻便且易于赋形等技术优势。
而基于超材料的另外一种电磁调控技术，电磁空间滤波器，由于具备空间滤波特性而被广泛应用于雷达探测、通讯等领域。具体而言，电磁空间滤波器主要有频率滤波和极化滤波。空间频率滤波器往往利用周期结构的谐振特性来实现特定频带内的电磁波全透射，而通带以外的电磁波则全反射，这种技术又叫做频率选择表面技术(Frequencyselective surface，FSS)。空间极化滤波器则往往借助于极化栅状结构来实现某一极化方式的电磁波全透射，而其交叉极化模式则全反射。相较于比较成熟的频率滤波技术，极化滤波技术往往在提高射频信号的极化纯度方面更具有应用价值。
以上所述的漫散射RCS减缩技术与空间极化滤波技术存在如下缺陷：
现有的漫散射RCS减缩技术大都建立在金属层之上，这就彻底阻断了超材料板前后的信息传输。但在实际应用中，往往需要不被外界探测的同时，还能够感知外界信息，即敌人看不到我，但我仍可观察敌人。因此就有必要设计一种电磁滤波器件，使其在具备某种通带特性的同时能够有效降低带外RCS。
另外，传统上的空间极化滤波器，其带内往往具备较好的单一极化通带特性，但对通带极化的交叉极化模式却保持较高的镜像反射，形成了较大的背向RCS，不利于全极化隐身，从而无法应用于现代化的武器装备中。
发明内容
本申请的目的在于设计出低RCS特性的空间极化滤波器，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过结合传统的空间极化滤波器与新型漫散射技术，使得空间极化滤波器对带内极化波全通的同时(即对x极化波全透射，不改变x极化波的传播路径)，对带外极化波(y极化波)漫散射，以实现背向低RCS的特性。具体地，本发明所述的空间极化滤波器由三层金属层与两层介质层组成，所述三层金属层中的第一金属层为周期性排布的金属栅条结构，该第一金属层能全反射y极化波，而保持对x极化波的高透性；所述三层金属层中第二与第三金属层是由两类金属贴片按照棋盘格方式分布的具有漫散射功能的金属层，它们可将第一金属层反射的y极化波进行漫散射；所述两层介质层均由普通的印制电路板构成。
在一些实施例中，第一金属层为周期性排布的金属栅条结构，其中，所述金属栅条的尺寸参数为：金属栅条宽3.5mm，金属栅条间距为5mm，金属栅条厚度为0.036mm。所述的第一层金属栅条层借鉴了传统的空间极化滤波器的设计方法，即利用极化栅来实现极化滤波效果。
在一些实施例中，所述第二与第三层金属层为按照棋盘格分布的两类金属贴片构成的具有漫散射表面的金属层，其是由同一尺寸的金属贴片先组成10×10的方阵，再将方阵按照棋盘格的方式分布，主要用于将反射波漫散射到其他方向，有效降低所述空间极化滤波器的背向RCS。
在一些实施例中，所述两层介质层均由普通的印制电路板构成，其中，所述普通的印制电路板为介电常数区间为2.2-10，磁导率为1的微带PCB板。
本发明的有益效果如下：设计的空间极化滤波器，相较于传统的空间极化滤波器而言，能够实现12-18GHz范围内的y极化波至少10dB的RCS缩减量，而相较于传统的RCS减缩器件而言能够实现最高98％的带内透射率，较好地实现了空间极化滤波技术与RCS减缩技术的有效结合。本发明所述的低RCS特性的空间极化滤波器结构简单，加工简便，性能良好，在现代化武器装备中具有广泛的应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为设计的低RCS空间极化滤波器的结构示意图；需要注意的是该示意图是为了清楚表明该极化滤波器结构，实际中五层结构之间没有间隙。可以看出，该空间极化滤波器由三层金属与两层介质层组成，结构10为第一层金属层，具体结构为极化栅，其栅条宽度为3.5mm，栅条间距为5mm，栅条厚度为0.036mm；第二与第三层金属层均为结构30，其是由两种不同尺寸的金属贴片按照棋盘格分布的方式构成，具体地是由同一尺寸的金属贴片先组成10×10的方阵，再将方阵按照棋盘格分布形成；结构20为中间介质层，其材料为普通的印制电路板，厚度为1mm，介电常数区间为2.2-10，磁导率为1；
图2(a)、(b)为设计的空间极化滤波器的顶视图(俯视图)与底部视图(仰视图)，与附图1相一致，其顶层为两类金属贴片按照棋盘格方式分布的金属层，底层为金属栅条结构；
图3为设计的空间极化滤波器工作原理与性能图，图3(a)为该空间极化滤波器在y极化波照射条件下的效果图，图3(b)为该空间极化滤波器在x极化波照射条件下的效果图，图3(c)为该空间极化滤波器分别在x、y极化波照射条件下的RCS减缩曲线，图3(d)为该空间极化滤波器在x、y极化波照射条件下的透射率曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，设计的空间极化滤波器由三层金属与两层介质组成，金属层的厚度均为0.036mm，介质层厚度均为1mm，另外该示意图是为了清楚表明该极化滤波器结构，实际上五层结构之间没有间隙。其中结构10为第一层金属层，具体结构为极化栅，其栅条宽度为3.5mm，栅条间距为5mm，栅条厚度为0.036mm；结构20为中间介质层，由普通的印制电路板构成，介电常数区间为2.2-10，磁导率为1。结构20中间介质层也可以为介电常数区间为2.2-10，磁导率为1的微带PCB板。第二第三层金属层均为结构30，其是由两类金属贴片按照棋盘格分布方式构成的具有漫散射功能的金属层，用于将第一金属层反射的y极化波进行漫散射，这两类金属贴片与结构10中的金属栅条宽度一致，均为3.5mm，区别在于两类金属贴片的长度分别为1.7mm与2.6mm。为了清楚表明该空间极化滤波器的结构图，附图2给出了设计的空间极化滤波器的顶视图(俯视图)与底部视图(仰视图)，可以看出，其顶部为按照棋盘格分布的两类金属贴片构成的具有漫散射表面的第三金属层，其底部为具有金属栅条结构的第一金属层。
图3(a)为该空间极化滤波器在y极化波照射条件下的效果图，可以看出，该空间极化滤波器对y极化波表现为全反射特性，且反射方向偏离法向方向，因此能够实现背向RCS减缩。图3(b)为该空间极化滤波器在x极化波照射条件下的效果图，可以看出，该空间极化滤波器对x极化波表现为全通特性。图3(c)给出了该空间极化滤波器分别在x、y极化波照射条件下的相对于金属板的RCS减缩曲线，用以衡量该空间极化滤波器的RCS减缩效果。图中，x-pol.表示该空间极化滤波器在x极化波照射条件下的相对于金属板的RCS减缩曲线，y-pol.表示该空间极化滤波器在y极化波照射条件下的相对于金属板的RCS减缩曲线，从图中可以看出，对带外极化模式y极化波而言，该空间极化滤波器在12-18GHz范围内能够实现至少10dB的RCS减缩量，其缩减原因主要是由于棋盘分布的两种不同尺寸的金属贴片结构成功地将照射波漫散射到其他方向，从而有效降低了背向RCS。而对带内极化模式x极化波而言，在14-17GHz范围内能实现8dB的RCS缩减，其原因主要在于该频率范围内的x极化波大都透射过去，从而有效降低了背向RCS值。图3(d)给出了该空间极化滤波器在x、y极化波照射条件下的透射率曲线，用以衡量该型空间极化滤波器的滤波效果。图中，x-pol.表示该空间极化滤波器在x极化波照射条件下的透射率曲线，y-pol.表示该空间极化滤波器在y极化波照射条件下的透射率曲线，可以看出，y极化波的透射率在10-20GHz范围内基本上都被压制在0.2以下，形成了较好的阻带效果。而对x极化波，在13.6-17GHz范围内透射系数均高于0.8，实现了较好的通带效果。
综上所述，本发明提出的空间极化滤波器较好地实现了带内极化的高通特性与带外极化的高反射特性，此外还实现了带外极化波(y极化波)的漫散射效果，从而有效降低了带外RCS。换句话说，本发明即实现了一种不被外界探测的同时能够有效接收外界信息的电磁器件，从而在现代的武器装备中具有广泛的应用前景。
Claims (4)
1.一种空间极化滤波器，其特征在于，该空间极化滤波器由三层金属层与两层介质层组成，以及
所述三层金属层中的第一金属层为周期性排布的金属栅条结构，该第一金属层能全反射y极化波，而保持对x极化波的高透性；
所述三层金属层中第二与第三金属层均是由两种不同尺寸的金属贴片按照棋盘格的方式分布的具有漫散射功能的金属层，用于将所述第一金属层反射的y极化波进行漫散射；
所述两层介质层均为普通的印制电路板。
2.根据权利要求1所述的空间极化滤波器，其特征在于，所述第一金属层为周期性排布的金属栅条结构，其中，所述金属栅条的尺寸参数为：
金属栅条宽3.5mm，金属栅条间距为5mm，金属栅条厚度为0.036mm。
3.根据权利要求1中所述的空间极化滤波器，其特征在于，所述三层金属层中第二与第三金属层均是由两种不同尺寸的金属贴片按照棋盘格的方式分布的具有漫散射功能的金属层，具体的：
由同一尺寸的金属贴片先组成10×10的方阵，再将两种不同尺寸金属贴片组成的方阵按照棋盘格的方式分布，主要用于将反射波漫散射到其他方向，有效降低所述空间极化滤波器的背向RCS。
4.根据权利要求1中所述的空间极化滤波器，其特征在于，所述两层介质层均由普通的印制电路板构成，其中，所述普通的印制电路板为介电常数区间为2.2-10，磁导率为1的微带PCB板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811022509.0A CN109167180B (zh) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 空间极化滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811022509.0A CN109167180B (zh) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 空间极化滤波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109167180A true CN109167180A (zh) | 2019-01-08 |
| CN109167180B CN109167180B (zh) | 2020-08-04 |
Family
ID=64893911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811022509.0A Expired - Fee Related CN109167180B (zh) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 空间极化滤波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109167180B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111063230A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-24 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种模拟训练仿真系统动作过滤器 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5497169A (en) * | 1993-07-15 | 1996-03-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Wide angle, single screen, gridded square-loop frequency selective surface for diplexing two closely separated frequency bands |
| EP2064777B1 (en) * | 2006-09-06 | 2013-04-03 | Raytheon Company | Variable cross-coupling partial reflector and method |
| WO2014011119A1 (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-16 | Agency For Science, Technology And Research | Antenna enhancing structure for improving the performance of an antenna loaded thereon, antenna device and method of fabricating thereof |
| CN106410425A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-15 | 复旦大学 | 超宽带全极化全角度旋转抛物梯度电磁隐身超表面及其设计方法 |
| CN206441876U (zh) * | 2016-09-18 | 2017-08-25 | 东南大学 | 一种应用于太赫兹波段的1‑比特双频段电磁编码超材料 |
| CN107465000A (zh) * | 2017-07-23 | 2017-12-12 | 中国人民解放军空军工程大学 | 宽带、极化不敏感螺旋编码rcs减缩超表面及其设计方法 |
| CN107579347A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-01-12 | 电子科技大学 | 双频双极化宽角扫描共口径相控阵天线 |
| CN107591617A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-16 | 电子科技大学 | 一种混合amc棋盘形结构加载的siw背腔缝隙天线 |
| CN107768839A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-03-06 | 电子科技大学 | 一种太赫兹超材料极化隔离器 |
| CN108134210A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 厦门大学 | 基于各向异性反射型电磁超表面的宽带交叉极化转变器 |
-
2018
- 2018-09-03 CN CN201811022509.0A patent/CN109167180B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5497169A (en) * | 1993-07-15 | 1996-03-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Wide angle, single screen, gridded square-loop frequency selective surface for diplexing two closely separated frequency bands |
| EP2064777B1 (en) * | 2006-09-06 | 2013-04-03 | Raytheon Company | Variable cross-coupling partial reflector and method |
| WO2014011119A1 (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-16 | Agency For Science, Technology And Research | Antenna enhancing structure for improving the performance of an antenna loaded thereon, antenna device and method of fabricating thereof |
| CN206441876U (zh) * | 2016-09-18 | 2017-08-25 | 东南大学 | 一种应用于太赫兹波段的1‑比特双频段电磁编码超材料 |
| CN106410425A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-02-15 | 复旦大学 | 超宽带全极化全角度旋转抛物梯度电磁隐身超表面及其设计方法 |
| CN107465000A (zh) * | 2017-07-23 | 2017-12-12 | 中国人民解放军空军工程大学 | 宽带、极化不敏感螺旋编码rcs减缩超表面及其设计方法 |
| CN107579347A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-01-12 | 电子科技大学 | 双频双极化宽角扫描共口径相控阵天线 |
| CN107591617A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-16 | 电子科技大学 | 一种混合amc棋盘形结构加载的siw背腔缝隙天线 |
| CN107768839A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-03-06 | 电子科技大学 | 一种太赫兹超材料极化隔离器 |
| CN108134210A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 厦门大学 | 基于各向异性反射型电磁超表面的宽带交叉极化转变器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111063230A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-24 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种模拟训练仿真系统动作过滤器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109167180B (zh) | 2020-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thummaluru et al. | Isolation enhancement and radar cross section reduction of MIMO antenna with frequency selective surface | |
| CN105789906B (zh) | 一种2d相位梯度的超表面复合结构 | |
| CN104993249B (zh) | 单通带双侧吸波复合超材料及其天线罩和天线系统 | |
| CN107240778B (zh) | 超材料天线罩 | |
| Akbari et al. | Superbroadband diffuse wave scattering based on coding metasurfaces: Polarization conversion metasurfaces | |
| Costa et al. | A frequency selective absorbing ground plane for low-RCS microstrip antenna arrays | |
| CN108470973A (zh) | 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面 | |
| CN208093729U (zh) | 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面 | |
| CN112467393B (zh) | 一种基于fss和极化旋转超表面的双频带rcs减缩超表面 | |
| CN108365306B (zh) | 新型双极化低通带吸型频率选择结构 | |
| CN110504549A (zh) | 基于石墨烯的吸透一体化频率选择表面 | |
| DE60202778T2 (de) | Elektromagnetisches fenster | |
| Fu et al. | Reflection-type 1-bit coding metasurface for radar cross section reduction combined diffusion and reflection | |
| CN106229694A (zh) | 一种透射‑反射梯度超表面单元的设计方法及应用 | |
| CN212182533U (zh) | 基站天线及多频带基站天线 | |
| CN109742554B (zh) | 一种双频Ku波段圆极化敏感吸波器 | |
| Zheng et al. | Ultrawideband and polarization-independent radar-cross-sectional reduction with composite artificial magnetic conductor surface | |
| Zheng et al. | Ultra-wideband side-lobe level suppression using amplitude-adjustable metasurfaces | |
| Li et al. | Reducing reflection of bandpass frequency selective surface using checkerboard surface | |
| CN109167180A (zh) | 空间极化滤波器 | |
| CN105633592B (zh) | 人工电磁屏蔽材料 | |
| Shi et al. | Ultra-wideband hybrid polarization conversion-absorption metasurface with a transmission window and narrow transition bands | |
| CN110011060B (zh) | 一种电磁伪装超材料及其应用 | |
| CN109444821B (zh) | 一种极化可控的角反射器 | |
| CN110380223A (zh) | 一种符合单轴完美匹配层模型的全向完美匹配透明材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200804 Termination date: 20210903 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |