CN111987439B - 一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，包括上层金属周期阵列和下层基板；金属周期阵列包括若干个呈周期性排列分布的金属单元；金属单元包含四块关于中心对称的弯折线。本发明将小型化频率选择表面与超薄基底结合起来，制作简单，能够实现频率选择表面在复杂曲面天线罩表面上进行贴覆，上层金属周期阵列通过减小单元尺寸并使阵列周期减小，实现“带内透波，带外隐身”的电磁性能，并且拥有较好的角度稳定性和透波性能，具有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及微波滤波技术领域和隐身技术领域，尤其涉及一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面。
背景技术
频率选择表面是排列的金属小片或小孔的周期性阵列，用作空间过滤器。频率选择表面由于其带通或带阻特性而广泛用于许多领域，例如天线罩，多频反射面天线，极化器，吸波材料，平面高增益天线，人工电磁材料等。
理论上，频率选择表面数量的大小应无限大，而实际上，频率选择表面通常具有有限的尺寸。通过使用小型化技术，可以在有限的区域中获得足够数量的元素，这使得有限的频率选择表面阵列可以充当无限的元素并实现所需的功能。此外，小型化的频率选择表面有助于延迟栅瓣的出现，并且对具有不同入射角和不同极化率的入射波具有较低的灵敏度，从而在需要大曲率频率选择表面的应用（例如天线罩）中保持稳定的性能。因此，迫切需要频率选择表面在工作波长上的电小尺寸小型化，以实现频率选择表面在电磁波的吸收、反射等性能。
在天线罩上应用的频率选择表面，绝大多数频率选择表面单元对于来波均处于大角度入射状态，因此要求频率选择表面单元应具有很好的角度稳定性，即在工作频率上频率选择表面对频率选择特性不随入射角的增大而改变，以保证当入射角很大时雷达设备仍然能够正常的工作。机头天线罩的人射角变化范围会很大，通常在0°～ 80°之间变化，在高达80°的入射角下，体现频率选择表面单元抑制栅瓣和表面波的能力。根据芒克的理论，大入射角时对于常规尺寸的频率选择表面单元在性能上可能是个灾难。因此，有必要研究一种角度稳定性良好并且可以贴覆在曲面天线罩上的柔性频率选择表面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，包括上层金属周期阵列和下层基板；
所述金属周期阵列包括若干个呈周期性排列分布的金属单元；
所述金属单元呈正方形，包含四块弯折线；
所述弯折线包含第一至第四L形线、第一至第三连接线、以及起始线；
所述第一至第四L形线长度依次增大、均包含横线和竖线，其中，横线、竖线长度相等，横线的一端和竖线的一端垂直相连；
所述第一至第四L形线的横线、竖线分别依次平行等距设置；
所述起始线的长度和所述第一L形线竖线的长度相等，起始线的一端和第一L形线横线远离竖线的一端垂直相连、和第一L形线形成U形开口；
所述第一至第三连接线长度相等，其中，第一连接线的两端分别和第一L形线竖线远离横线的一端、第二L形线竖线远离横线的一端垂直相连，第二连接线的两端分别和第二L形线横线远离竖线的一端、第三L形线横线远离竖线的一端垂直相连，第三连接线的两端分别和第三L形线竖线远离横线的一端、第四L形线竖线远离横线的一端垂直相连；
所述四块弯折线分别位于金属单元的四个角，呈中心对称，且相邻弯折线的起始线相互垂直。
作为本发明一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面进一步的优化方案，所述金属单元采用35μm厚度的铜，尺寸为0.57mm*0.57mm。
作为本发明一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面进一步的优化方案，所述弯折线弯折线的宽度为0.2mm。
作为本发明一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面进一步的优化方案，所述下层基板采用超薄材料F4B聚四氟乙烯高频微波板，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 采用一种特殊的金属单元进行周期性阵列排布，使用方便；
2. 采用厚为0.254mm的聚四氟乙烯高频电路板F4B作为基底，能够做大角度的柔性弯曲；材料介电常数为2.2，对电磁波的损耗非常小，而且价格低廉，能够用于贴覆在复杂曲面天线罩表面上以实现选频透波和隐身功能；
3. 本发明通过将小型化单元频选和柔性基底相结合，能够实现在带内高透波率，带外不透波，有利于降低单站RCS；
4. 本发明有良好的角度稳定性，对于斜入射在0~75°范围内的电磁波，其频率选择表面的频率选择特性基本不随入射角度的增大而改变，并且传输性能良好；
5. 本发明实物测试数据与仿真数据基本吻合。
附图说明
图1是天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面一个单元的三维示意图；
图2是天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面的上层金属单元的结构示意图；
图3是天线罩用小型化的无源柔性带通频率选择表面在平板状态下的仿真和测试透波曲线；
图4是天线罩用小型化的无源柔性带通频率选择表面在弯曲状态下的仿真和测试透波曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1、图2所示，本发明公开了一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，包括上层金属周期阵列2和下层基板1；
所述金属周期阵列包括若干个呈周期性排列分布的金属单元；
所述金属单元呈正方形，包含四块弯折线；
所述弯折线包含第一至第四L形线、第一至第三连接线、以及起始线；
所述第一至第四L形线长度依次增大、均包含横线和竖线，其中，横线、竖线长度相等，横线的一端和竖线的一端垂直相连；
所述第一至第四L形线的横线、竖线分别依次平行等距设置；
所述起始线的长度和所述第一L形线竖线的长度相等，起始线的一端和第一L形线横线远离竖线的一端垂直相连、和第一L形线形成U形开口；
所述第一至第三连接线长度相等，其中，第一连接线的两端分别和第一L形线竖线远离横线的一端、第二L形线竖线远离横线的一端垂直相连，第二连接线的两端分别和第二L形线横线远离竖线的一端、第三L形线横线远离竖线的一端垂直相连，第三连接线的两端分别和第三L形线竖线远离横线的一端、第四L形线竖线远离横线的一端垂直相连；
所述四块弯折线分别位于金属单元的四个角，呈中心对称，且相邻弯折线的起始线相互垂直。
所述金属单元采用35μm厚度的铜，金属单元尺寸为0.57*0.57mm；弯折线的宽度为0.2mm；下层基板采用超薄材料F4B聚四氟乙烯高频微波板，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
上层金属周期阵列通过减小单元尺寸并使阵列周期减小，从而实现“带内透波，带外隐身”的电磁性能，并且设计频率上频率选择表面的频率选择特性不随入射角的增大而改变。
天线罩用小型化的无源柔性带通频率选择表面具有平板状态和弯曲状态，本发明总体尺寸为300mm*360mm时有限大频率选择表面弯曲角度能够达到120°。
图3是天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面在平板状态下的仿真和测试透波曲线，图4是天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面在弯曲状态下的仿真和测试透波曲线，由图可知，在不同入射角下的测试结果和仿真结果基本吻合，在频段10~10.5GHz能够实现带内透波，其它频段能够实现隐身功能；从图3和图4可知，本发明所设计的结构在平板和弯曲两种状态下都有良好的角度稳定性和透波性能，在大角度入射下频率选择表面的频率选择特性不随入射角的增大而改变。
另外，本发明是用超薄柔性材料做基底，频率选择表面采用小型化设计，在弯曲状态下能够实现电磁波高效率的带内传输，在带外能够实现单站RCS的缩减。本发明能够贴覆在不规则曲面天线罩表面以实现隐身功能，同时能够保证自身通讯的稳定性。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，其特征在于，包括上层金属周期阵列和下层基板；
所述金属周期阵列包括若干个呈周期性排列分布的金属单元；
所述金属单元呈正方形，包含四块弯折线；
所述弯折线包含第一至第四L形线、第一至第三连接线、以及起始线；
所述第一至第四L形线长度依次增大、均包含横线和竖线，其中，横线、竖线长度相等，横线的一端和竖线的一端垂直相连；
所述第一至第四L形线的横线、竖线分别依次平行等距设置；
所述起始线的长度和所述第一L形线竖线的长度相等，起始线的一端和第一L形线横线远离竖线的一端垂直相连、和第一L形线形成U形开口；
所述第一至第三连接线长度相等，其中，第一连接线的两端分别和第一L形线竖线远离横线的一端、第二L形线竖线远离横线的一端垂直相连，第二连接线的两端分别和第二L形线横线远离竖线的一端、第三L形线横线远离竖线的一端垂直相连，第三连接线的两端分别和第三L形线竖线远离横线的一端、第四L形线竖线远离横线的一端垂直相连；
所述四块弯折线分别位于金属单元的四个角，呈中心对称，且相邻弯折线的起始线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，其特征在于，所述金属单元采用35μm厚度的铜，尺寸为0.57mm*0.57mm。
3.根据权利要求1所述的天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，其特征在于，所述弯折线的宽度为0.2mm。
4.根据权利要求1所述的天线罩用小型化无源柔性带通频率选择表面，其特征在于，所述下层基板采用超薄材料F4B聚四氟乙烯高频微波板，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
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