CN110729567A

CN110729567A - 一种x波段通带可控的吸波装置

Info

Publication number: CN110729567A
Application number: CN201911017743.9A
Authority: CN
Inventors: 李浩彤; 车永星; 戚开南
Original assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Current assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2020-01-24
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN110729567B

Abstract

本发明涉及一种X波段通带可控的吸波装置，包括第一介质层、第二介质层、阻抗层、匹配层、可重构频率选择表面层、第三介质层和馈电线路层，第一介质层位于阻抗层上端，第二介质层位于阻抗层下端，匹配层位于第二介质层下端，可重构频率选择表面层位于匹配层下端，第三介质层位于可重构频率选择表面层下端，馈电线路层位于第三介质层下端，其中，可重构频率选择表面层由在铜膜上刻蚀Y型排列的第二单元组成，第二单元为中部开设有六边形环孔的六边形铜膜，所述六边形环孔内均匀加载有变阻二极管，本发明具有解决了现有FSS雷达罩技术带内低RCS性能不兼容，带外RCS减缩受限的问题的优点。

Description

一种X波段通带可控的吸波装置

技术领域

本发明涉及电磁防护技术领域，尤其涉及一种X波段通带可控的吸波装置。

背景技术

FSS(Frequency Selective Surfaces)意为频率选择表面，是一种空间电磁滤波结构，能够让特定频段的电磁波通过，而使该频段以外的电磁波被过滤掉，应用到雷达上，可有效回避敌方雷达探测，能够实现我方雷达正常工作，将敌方雷达工作频段的电磁波反射到其他方向，致使敌方雷达无法接收到回波信号，不能发现我方目标，降低敌方获取我方军事目标信息的准确性和完整性。

RCS(Radar Cross Section)意为雷达散射截面积，目前普遍使用的FSS雷达罩技术是将天线系统的RCS减缩，但一方面，FSS雷达罩是利用雷达罩的低RCS外形替代天线系统的高RCS，但这对于多站或双站雷达探测是极其不利的；另一方面，雷达罩外形主要受气动性能的影响，因此一般雷达罩外形并不是完全低RCS设计的，依靠这种雷达罩外形去减缩带外天线的RCS效果不是最优的方式。此外，传统FSS雷达罩的低RCS设计仅对于雷达工作频带以外波段有效，当雷达系统的天线不工作时，整个工作频段完全是暴露的，则很容易被敌方雷达发现。

因此，针对以上不足，需要提供一种X波段通带可控的吸波装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有FSS雷达罩技术带内低RCS性能不兼容，带外RCS减缩受限的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种X波段通带可控的吸波装置，包括第一介质层、第二介质层、阻抗层、匹配层、可重构频率选择表面层、第三介质层和馈电线路层，第一介质层位于阻抗层上端，第二介质层位于阻抗层下端，匹配层位于第二介质层下端，可重构频率选择表面层位于匹配层下端，第三介质层位于可重构频率选择表面层下端，馈电线路层位于第三介质层下端，其中，可重构频率选择表面层由在铜膜上刻蚀Y型排列的第二单元组成，第二单元为中部开设有六边形环孔的六边形铜膜，所述六边形环孔内均匀加载有变阻二极管。

作为对本发明的进一步说明，优选地，当变阻二极管未导通时，可重构频率选择表面层与馈电线路层组成并联谐振电路，可重构频率选择表面层上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波产生谐振，向传播方向激励出电磁场，以使所述结构对于8～10GHz电磁波为透明状态；当变阻二极管导通时，可重构频率选择表面层上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波不产生谐振，通带消失。

作为对本发明的进一步说明，优选地，变阻二极管状态切换对2～6GHz的吸波功能无影响。

作为对本发明的进一步说明，优选地，阻抗层由在铜膜上刻蚀Y型排列的第一单元组成，第一单元为倒Y型铜膜，第一单元中部设有加载电阻的Y状环形的三级子环贴片，其电阻值范围介于78Ω～90Ω。

作为对本发明的进一步说明，优选地，馈电线路层由在铜膜上刻蚀平行四边形的第三单元组成，第三单元为三极子交叉贴片。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一介质层与第二介质层均由石英纤维布和氰酸酯树脂的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第三介质层由玻璃纤维布与聚四氟乙烯的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm。

作为对本发明的进一步说明，优选地，匹配层采用泡沫材料制成，厚度介于5mm～10mm之间。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过综合了在L波段具有吸波特性的损耗层与在X波段具有通带可控功能的AFSS层，利用馈电线路与可重构频率选择表面的去耦合设计，完成了通带可重构电磁结构的超薄厚度设计，能够同时实现带外低频吸波与带通带可控双重功能，兼顾了天线工作频带内外的低RCS性能。

附图说明

图1是本发明的剖面图；

图2是本发明的第一单元结构图；

图3是本发明的第二单元结构图；

图4是本发明的第三单元结构图；

图5是本发明的X波段通带开启时曲线；

图6是本发明的X波段通带关闭时曲线。

图中：1、第一介质层；2、第二介质层；3、阻抗层；31、第一单元；32、三级子环；4、匹配层；5、可重构频率选择表面层；51、第二单元；52、变阻二极管；6、第三介质层；7、馈电线路层；71、第三单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

一种X波段通带可控的吸波装置，如图1所示，包括第一介质层1、第二介质层2、阻抗层3、匹配层4、可重构频率选择表面层5、第三介质层6和馈电线路层7，第一介质层1位于阻抗层3上端，第二介质层2位于阻抗层3下端，匹配层4位于第二介质层2下端，可重构频率选择表面层5位于匹配层4下端，第三介质层6位于可重构频率选择表面层5下端，馈电线路层7位于第三介质层6下端。

如图1所示，第一介质层1与第二介质层2均由石英纤维布和氰酸酯树脂的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm；使第一介质层1和第二介质层2具有优良的透波效率，且厚度较薄，便于安装运输；第三介质层6由玻璃纤维布与聚四氟乙烯的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm，可配合第一介质层1和第二介质层2能稳定支撑和保护本装置。

结合图1、图2，阻抗层3由在铜膜上刻蚀Y型排列的第一单元31组成，第一单元31为倒Y型铜膜，第一单元31中部设有加载电阻的Y状环形的三级子环32贴片，设其周期为P，贴片边长为L，线宽为W，三极子环宽度为G，凹槽宽度为G2，凹槽长度为L2，电阻值为R，各参数值需要根据实际过滤电磁波的波段进行调节，P值介于15～20mm，L值介于10～15mm，W值介于0.5～0.8mm，G值介于5～8mm，G2值介于3～5mm，L2值介于5～8mm，R值介于78Ω～90Ω，将第一单元31设置成带有电阻的Y状环形贴片，能够实现在通带的四周产生吸收谐振，然后通过电阻达到阻抗匹配，使电磁波耗散的目的。

结合图1、图3，匹配层4采用泡沫材料制成，厚度介于5mm～10mm之间，以使整个结构与自由空间实现阻抗匹配；可重构频率选择表面层5由在铜膜上刻蚀Y型排列的第二单元51组成(可重构是指通过具有动态可变的特定功能部件来实现系统在一定输出信号作用下性能可调)，第二单元51为中部开设有六边形环孔的六边形铜膜，设第二单元51周期为P2，六边形缝隙边长为L3，缝隙宽度为W2，所述六边形环孔内均匀加载有变阻二极管52，变阻二极管52的型号为BAR5002V；结合图4，馈电线路层7由在铜膜上刻蚀平行四边形的第三单元71组成，第三单元71为三极子交叉贴片，第三单元71与变阻二极管52电性连接，可对变阻二级管52进行供电，使变阻二极管52能正常工作。

结合图1、图3，P2值介于15～20mm；L3值介于10～13mm；W2值介于3～5mm；可重构频率选择表面层5的介电常数范围值选取为3～5，厚度介于0.5mm～1mm之间，厚度较薄，便于安装运输，且节省生产资源。

如图1所示，当电磁波由第一介质层1上方入射，经过第一介质层1入射至阻抗层3，部分电磁波穿过阻抗层3后再透过第二介质层2、匹配层4入射到可重构频率选择表面层5，其中S波段的电磁波在可重构频率选择表面层5被反射并与在阻抗层3所反射的部分电磁波实现干涉抵消；同时可重构频率选择表面层5介电常数的减少，能使变阻二极管52在未通电的情况下使可重构频率选择表面层5的阻带中心频率增加，同时在二极管通电情况下增加可重构频率选择表面层5的通带中心频率，使阻带中心在不工作时能过滤掉X波段的电磁波。

以X波段(8～10GHz)的电磁波为例，选取P＝18mm，L＝12mm，W＝0.8mm，G＝5mm，G2＝3mm，L2＝5mm，R＝80Ω，P2＝20mm，L3＝13mm，W2＝5mm；使用电磁仿真软件CST进行仿真，阻抗层3的贴片型单元在8～10GHz的通带范围内无谐振效应，对于入射电磁波体现透明特性。

当变阻二极管52未导通时，可重构频率选择表面层5与馈电线路层7组成并联谐振电路，可重构频率选择表面层5上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波产生谐振，向传播方向激励出电磁场，相当于对该范围内电磁波透明，因此整体所述结构对于8～10GHz电磁波为透明状态；其结果如图5所示(其中实线为反射率，虚线为透射率)，则在8～10GHz的范围内产生插损小于1.5dB的通带，并于2～6GHz具有吸波功能。

当变阻二极管52导通时，可重构频率选择表面层5上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波不产生谐振，通带消失，其结果如图6所示(其中实线为反射率，虚线为透射率)，当通带关闭时，装置在8～10GHz的通带消失，但在2～6GHz仍保持吸波功能。

综上所述，本发明通过馈电线路层7与可重构频率选择表面层5的去耦合设计，能够同时实现带外低频吸波与带通带可控双重功能，其中通带带宽能达到2GHz，通带明显更宽更具有实用价值，且实验提供了工资带宽而非单一频点的透波，兼顾了天线工作频带内外的低RCS性能，解决了现有FSS雷达罩技术带内低RCS性能不兼容，带外RCS减缩受限的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：包括第一介质层(1)、第二介质层(2)、阻抗层(3)、匹配层(4)、可重构频率选择表面层(5)、第三介质层(6)和馈电线路层(7)，第一介质层(1)位于阻抗层(3)上端，第二介质层(2)位于阻抗层(3)下端，匹配层(4)位于第二介质层(2)下端，可重构频率选择表面层(5)位于匹配层(4)下端，第三介质层(6)位于可重构频率选择表面层(5)下端，馈电线路层(7)位于第三介质层(6)下端，其中，

可重构频率选择表面层(5)由在铜膜上刻蚀Y型排列的第二单元(51)组成，第二单元(51)为中部开设有六边形环孔的六边形铜膜，所述六边形环孔内均匀加载有变阻二极管(52)。

2.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：当变阻二极管(52)未导通时，可重构频率选择表面层(5)与馈电线路层(7)组成并联谐振电路，可重构频率选择表面层(5)上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波产生谐振，向传播方向激励出电磁场，以使所述结构对于8～10GHz电磁波为透明状态；当变阻二极管(52)导通时，可重构频率选择表面层(5)上的缝隙型单元对于8～10GHz范围内的入射电磁波不产生谐振，通带消失。

3.根据权利要求2所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：变阻二极管(52)状态切换对2～6GHz的吸波功能无影响。

4.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：阻抗层(3)由在铜膜上刻蚀Y型排列的第一单元(31)组成，第一单元(31)为倒Y型铜膜，第一单元(31)中部设有加载电阻的Y状环形的三级子环(32)贴片，其电阻值范围介于78Ω～90Ω。

5.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：馈电线路层(7)由在铜膜上刻蚀平行四边形的第三单元(71)组成，第三单元(71)为三极子交叉贴片。

6.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：第一介质层(1)与第二介质层(2)均由石英纤维布和氰酸酯树脂的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：第三介质层(6)由玻璃纤维布与聚四氟乙烯的复合材料制成，厚度介于0.3mm～0.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种X波段通带可控的吸波装置，其特征在于：匹配层(4)采用泡沫材料制成，厚度介于5mm～10mm之间。