CN111613892A - 一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，该结构包括由上至下依次设置的第一频选层、第一介质层、第二频选层、第二介质层、第三频选层、第三介质层、第四频选层、第四介质层、第五频选层；九层之间呈紧贴的层状结构；其中：第一频选层、第二频选层、第三频选层、第四频选层、第五频选层为相同周期性排列的铜箔方框，五个铜箔方框表现为五个LC串联谐振电路，第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层分别表现为LC串联谐振电路间级联的传输线，通过五个LC串联谐振电路和四个介质层传输线级联组成频选夹层结构传输线等效模型。本发明能够实现频选天线罩的通频带快速过渡到阻带，满足电磁隔离频选天线罩的抑制度要求。

Description

一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构
技术领域
本发明涉及功能性电磁材料技术领域，尤其涉及一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构。
背景技术
目前，军民用平台上的用频设备布置越来越密集，用频设备的工作带宽越来越大，设备之间的干扰也变得越来越严重，采用空间优化布置的受平台尺寸的限制效果有限。一种新的提高平台天线间电磁隔离度的方法是在天线上加装具有较大电磁抑制度频选天线罩，研究证明，采用上述方法对电磁隔离度提升效果明显。
然而，传统的隐身频选天线罩主要用于天线的隐身设计，其带外抑制度较小(一般10dB左右)，且通带到阻带的过渡带宽，难以满足电磁兼容性设计要求。
传统的频选隐身天线罩难以满足上述电磁隔离要求，主要体现下两个方面：1、传统隐身频选天线罩的带外抑制度较低，全频段一般仅需大于10dB，而电磁隔离频选天线罩的带外抑制度往往需要达到30dB以上。2、传统频选天线罩的通带带宽与带外抑制度之间的矛盾，当设备天线工作带宽较宽时，其频选天线罩的带外抑制度小，过渡带很宽，而电磁隔离频选天线罩往往需要通带与抑制带之间的过渡带宽较窄，传统频选天线罩带外抑制度难以满足电磁隔离度使用需求。基于此，本专利提出了一种双边陡带外抑制度频选天线罩，能够实现频选天线罩的通频带快速过渡到阻带，且阻带抑制度达到-25dB以下，满足电磁隔离频选天线罩的抑制度要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，该结构包括由上至下依次设置的第一频选层、第一介质层、第二频选层、第二介质层、第三频选层、第三介质层、第四频选层、第四介质层、第五频选层；九层之间呈紧贴的层状结构；其中：
第一频选层、第二频选层、第三频选层、第四频选层、第五频选层为相同周期性排列的铜箔方框，五个铜箔方框表现为五个LC串联谐振电路，第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层分别表现为LC串联谐振电路间级联的传输线，通过五个LC串联谐振电路和四个介质层传输线级联组成频选夹层结构传输线等效模型。
进一步地，本发明的第一频选层对应LC串联谐振回路a1，第二频选层对应LC串联谐振回路a2，第三频选层对应LC串联谐振回路a3，第四频选层对应LC串联谐振回路a4，第五频选层对应LC串联谐振回路a5；其中：
LC串联谐振回路a1由电感L1和电容C1串联而成，LC串联谐振回路a2由电感L2和电容C2串联而成，LC串联谐振回路a3由电感L3和电容C3串联而成，LC串联谐振回路a4由电感L4和电容C4串联而成，LC串联谐振回路a5由电感L5和电容C5串联而成。
进一步地，本发明的第一频选层和第五频选层结构尺寸完全相同，即LC串联谐振回路a1和LC串联谐振回路a5完全相同。
进一步地，本发明的第一介质层对应传输线b1，第二介质层对应传输线b2，第三介质层对应传输线b3，第四介质层对应传输线b4；电容C1、电感L2、电容C3、电感L4、电容C5与传输线b1、传输线b2、传输线b3、传输线b4构成基于阻抗变换的大带宽三阶带通特性，其通带中心频选为f0，即通频段f0。
进一步地，本发明的LC串联谐振回路a1，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上2；LC串联谐振回路a3，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上1；LC串联谐振回路a2，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下2；LC串联谐振回路a4，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下1；各传输零点与通带中心频选的关系为f下1<f下2<f0<f上1<f上2。
进一步地，本发明的频选层平面内尺寸范围为5mm～20mm，第二频选层铜箔方框间距最小，间距范围为0.05mm～0.3mm，以便形成的足够低频的传输零点f下1；其余第一频选层、第三频选层、第四频选层、第五频选层内的方框间距尺寸范围为0.2mm～3mm；第一频选层、第二频选层、第三频选层、第四频选层、第五频选层内方框的线宽范围0.1mm～5mm。
进一步地，本发明的第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层采用低损耗的介质，介电常数2～5，损耗正切小于0.005。
本发明产生的有益效果是：本发明一种显著提升共平台多电子设备天线间电磁隔离度的频选天线罩夹层结构，具体表现为一种低损耗、带宽可调的带通频选夹层结构方案，通过在五层频选的层频选材料在该带通频选的通带上下侧各存在两个传输零点，显著减小频选材料通带与阻带之间的过渡带以及阻带的带外抑制度；夹层结构在保证频选通频带内的较低插损(插损根据带宽差异位于0.5dB到1dB之间)的前提下，分布在通频带的上下两端各设置两个传输零点，实现带通频选通带到阻带的过渡带宽小于0.5GHz，带外抑制度大于25dB；
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的典型双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案传输线等效模型；
图2是本发明实施例的典型双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案传输线等效模型仿真结果；
图3是本发明实施例的典型双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案剖面示意图；
图4a是本发明实施例的第二频选层铜箔方框结构尺寸；
图4b是本发明实施例的第三频选层铜箔方框结构尺寸；
图4c是本发明实施例的第一频选层和第五频选层方框结构尺寸；
图4d是本发明实施例的第四频选层铜箔方框结构尺寸；
图5是本发明实施例的双波段频率选择复合结构透波性能仿真结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，该结构包括由上至下依次设置的第一频选层1、第一介质层2、第二频选层3、第二介质层4、第三频选层5、第三介质层6、第四频选层7、第四介质层8、第五频选层9；九层之间呈紧贴的层状结构；其中：
第一频选层1、第二频选层3、第三频选层5、第四频选层7、第五频选层9为相同周期性排列的铜箔方框，五个铜箔方框表现为五个LC串联谐振电路，第一介质层2、第二介质层4、第三介质层6、第四介质层8分别表现为LC串联谐振电路间级联的传输线，通过五个LC串联谐振电路和四个介质层传输线级联组成频选夹层结构传输线等效模型。
第一频选层1对应LC串联谐振回路a1，第二频选层3对应LC串联谐振回路a2，第三频选层5对应LC串联谐振回路a3，第四频选层7对应LC串联谐振回路a4，第五频选层9对应LC串联谐振回路a5；其中：
LC串联谐振回路a1由电感L1和电容C1串联而成，LC串联谐振回路a2由电感L2和电容C2串联而成，LC串联谐振回路a3由电感L3和电容C3串联而成，LC串联谐振回路a4由电感L4和电容C4串联而成，LC串联谐振回路a5由电感L5和电容C5串联而成。第一频选层1和第五频选层9结构尺寸完全相同，即LC串联谐振回路a1和LC串联谐振回路a5完全相同。
第一介质层2对应传输线b1，第二介质层4对应传输线b2，第三介质层6对应传输线b3，第四介质层8对应传输线b4；电容C1、电感L2、电容C3、电感L4、电容C5与传输线b1、传输线b2、传输线b3、传输线b4构成基于阻抗变换的大带宽三阶带通特性，其通带中心频选为f0，即通频段f0。
LC串联谐振回路a1，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上2；LC串联谐振回路a3，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上1；LC串联谐振回路a2，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下2；LC串联谐振回路a4，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下1；各传输零点与通带中心频选的关系为f下1<f下2<f0<f上1<f上2。
频选层平面内尺寸范围为5mm～20mm，第二频选层3铜箔方框间距最小，间距范围为0.05mm～0.3mm，以便形成的足够低频的传输零点f下1；其余第一频选层1、第三频选层5、第四频选层7、第五频选层9内的方框间距尺寸范围为0.2mm～3mm；第一频选层1、第二频选层3、第三频选层5、第四频选层7、第五频选层9内方框的线宽范围0.1mm～5mm。
第一介质层2、第二介质层4、第三介质层6、第四介质层8采用低损耗的介质，介电常数2～5，损耗正切小于0.005。
在本发明的另一个具体实施例中：
图1为本发明实施例提供的一种典型双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案传输线等效模型，其中五个并联的LC串联谐振电路a1、a2、a3、a4、a5即为五个铜箔方框对应的传输线等效模型，图2为上述传输线等效模型的仿真结果。图3典型双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案剖面方案，由5个铜箔方框第一频选层1、第二频选层3、第三频选层5、第四频选层7、第五频选层9和4个玻璃钢第一介质层2、第二介质层4、第三介质层6、第四介质层8构成。其中四个介质层的厚度分别为0.9mm、0.5mm、0.5mm、0.9mm，介电常数3.4，损耗正切0.005。
五个频选层的详细结构如图4所示，所有频选层在平面内两个方向上的空间周期均为4mm，其中第二频选层3铜箔方框如图4a，方框外尺寸3.7mm，内尺寸3.5mm，第三频选层5铜箔方框如图4b，方框外尺寸3.6mm，内尺寸2.6mm，第一频选层1和第五频选层9铜箔方框如图4c，方框外尺寸3.4mm，内尺寸2.8mm的第四频选层7铜箔方框如图4d，方框外尺寸3.95mm，内尺寸3.35mm。
通过仿真及实验测试，即可知上述双边陡带外抑制度频选天线罩结构方案的中心频率13GHz，插入损耗小于0.5dB，通带以下两个传输零点频率分别为9.045GHz和10.54GHz，通带以上两个传输零点频率分别为14.4GHz和17.7GHz，阻带的带外抑制度大于28dB，通带到阻带过渡带宽小于0.5GHz。
本发明提供一种陡带外抑制度频选天线罩结构设计方案。频选天线罩除电磁波隐身作用外，提高电子设备天线间空间电磁隔离度，改善平台电磁兼容性是其另外一个重要用途。传统的频选隐身天线罩难以满足上述电磁隔离要求存在带外抑制度低和过渡带宽等问题。基于此，本发明提出了一种双边陡带外抑制度频选天线罩，该频选天线罩结构能够实现频选天线罩的通频带快速过渡到阻带，且阻带抑制度达到-25dB以下，满足电磁隔离频选天线罩的抑制度要求。相比纯隐身用频选天线罩，上述双边陡带外抑制度频选天线罩具有更高的带外抑制度和更陡的截止特性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，该结构包括由上至下依次设置的第一频选层(1)、第一介质层(2)、第二频选层(3)、第二介质层(4)、第三频选层(5)、第三介质层(6)、第四频选层(7)、第四介质层(8)、第五频选层(9)；九层之间呈紧贴的层状结构；其中：
第一频选层(1)、第二频选层(3)、第三频选层(5)、第四频选层(7)、第五频选层(9)为相同周期性排列的铜箔方框，五个铜箔方框表现为五个LC串联谐振电路，第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(6)、第四介质层(8)分别表现为LC串联谐振电路间级联的传输线，通过五个LC串联谐振电路和四个介质层传输线级联组成频选夹层结构传输线等效模型。
2.根据权利要求1所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，第一频选层(1)对应LC串联谐振回路a1，第二频选层(3)对应LC串联谐振回路a2，第三频选层(5)对应LC串联谐振回路a3，第四频选层(7)对应LC串联谐振回路a4，第五频选层(9)对应LC串联谐振回路a5；其中：
LC串联谐振回路a1由电感L1和电容C1串联而成，LC串联谐振回路a2由电感L2和电容C2串联而成，LC串联谐振回路a3由电感L3和电容C3串联而成，LC串联谐振回路a4由电感L4和电容C4串联而成，LC串联谐振回路a5由电感L5和电容C5串联而成。
3.根据权利要求2所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，第一频选层(1)和第五频选层(9)结构尺寸完全相同，即LC串联谐振回路a1和LC串联谐振回路a5完全相同。
4.根据权利要求2所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，第一介质层(2)对应传输线b1，第二介质层(4)对应传输线b2，第三介质层(6)对应传输线b3，第四介质层(8)对应传输线b4；电容C1、电感L2、电容C3、电感L4、电容C5与传输线b1、传输线b2、传输线b3、传输线b4构成基于阻抗变换的大带宽三阶带通特性，其通带中心频选为f0，即通频段f0。
5.根据权利要求4所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，LC串联谐振回路a1，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上2；LC串联谐振回路a3，通过串联LC谐振，构成通频段f0上端的传输零点f上1；LC串联谐振回路a2，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下2；LC串联谐振回路a4，通过串联LC谐振，构成通频段f0下端的传输零点f下1；各传输零点与通带中心频选的关系为f下1<f下2<f0<f上1<f上2。
6.根据权利要求5所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，频选层平面内尺寸范围为5mm～20mm，第二频选层(3)铜箔方框间距最小，间距范围为0.05mm～0.3mm，以便形成的足够低频的传输零点f下1；其余第一频选层(1)、第三频选层(5)、第四频选层(7)、第五频选层(9)内的方框间距尺寸范围为0.2mm～3mm；第一频选层(1)、第二频选层(3)、第三频选层(5)、第四频选层(7)、第五频选层(9)内方框的线宽范围0.1mm～5mm。
7.根据权利要求1所述的双边陡带外抑制度频选天线罩复合材料夹层结构，其特征在于，第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(6)、第四介质层(8)采用低损耗的介质，介电常数2～5，损耗正切小于0.005。
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