CN112838375B - 一种X、Ku双频段透波的频率选择结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X、Ku双频段透波的频率选择结构，所述频率选择结构包括：蒙皮层(1)和频率选择表面层(2)，从上往下依次为蒙皮层(1)、频率选择表面层(2)和蒙皮层(1)，频率选择表面层(2)在二维平面内交叉周期重复排列的金属单元(3)构成。本发明解决了以往X、Ku频段透波天线罩在工作频段透波性能随角度和极化敏感的问题，可实现X、Ku双频段的透波功能，提高天线罩的透波性能。

Description

一种X、Ku双频段透波的频率选择结构
技术领域
本发明涉及频率选择表面结构技术领域，尤其涉及一种X、Ku双频段透波的频率选择结构。
背景技术
频率选择表面结构对雷达天线电磁散射的抑制具有明显的效果。在安装有雷达传感器的各类平台上，都通过特殊的频率选择表面结构天线罩来提高雷达系统的低可探测性，传统的天线罩往往只考虑单频段的透波性能，而现在的新型雷达中，往往安装有两个频段的通信天线，因此其配套的天线罩应在这两个频段内保证良好的通带特性。
目前的双频段天线罩是通过应用超宽带透波复合结构或频率选择表面(FSS)技术来实现的。其中超宽带透波复合结构由介质材料构成，在电磁波大角度照射情况下传输性能恶化严重，不适用于电磁波大角度入射情况应用。应用频率选择表面技术的结构由介质层间隔的金属单元阵列薄膜构成，在天线系统所要求的两个频段上，保持很好的电磁波透波特性。目前实现双频段透波频率选择结构的方法主要有：多层FSS级联、不同频率单元混合排列、同心环单元等等。
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现有在X、Ku频段同时工作天线罩透波性能随角度和极化敏感的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种X、Ku双频段透波的频率选择结构，所述结构包括蒙皮层1和频率选择表面层2，所述蒙皮层1包括上蒙皮层11和下蒙皮层12，所述频率选择表面层2位于所述上蒙皮层11和下蒙皮层12之间，各层之间粘接在一起。
优选地，所述上蒙皮层11和所述下蒙皮层12为玻璃纤维材料。
优选地，所述上蒙皮层11和所述下蒙皮层12的厚度独立地为0.2mm至0.5mm。
优选地，所述频率选择表面层2由在二维平面内交叉周期重复排列的金属单元3构成。
优选地，所述金属单元3由金属膜上刻蚀的一个三级子环缝隙和一个圆环缝隙构成。
优选地，所述金属单元3交叉周期重复排列的方式为，相邻的两个金属单元3以R为三级子环缝隙中心距离拼接在一起构成一个阵列单元4，阵列单元4以垂直方向排列周期为D1，水平方向排列周期为D2构成频率选择表面层5。
优选地，R的取值范围为2mm-4mm，D1的取值范围为2mm-4mm，D2的取值范围为5mm-7mm。
优选地，在所述频率选择表面层金属单元3中，所述三级子环缝隙的长边的边长为L1，相邻两条长边的相互夹角为120°，所述三级子环缝隙的短边的边长为L2，缝隙宽度为W1，圆环缝隙外半径为R1，圆环缝隙缝隙宽度为W2。
优选地，L1的取值范围为0.8mm-1.5mm，L2的取值范围为0.4mm-1mm，W1的取值范围为0.1mm-0.4mm，R1的取值范围为0.6mm-1.2mm，W2的取值范围为0.1mm-0.4mm。
本发明第二方面提供了一种本发明第一方面所述的频率选择结构在雷达系统中的应用。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明提供的X、Ku双频段透波的频率选择结构在使用时，各种频率的电磁波信号经过由蒙皮层1和频率选择表面层2共同组合构成的频率滤波结构。频率选择结构对照射进来的电磁波信号进行频率选择性滤波，将X、Ku频段以外的电磁波信号反射回去，选择X、Ku频段的电磁波通过，最终只有X、Ku频段的电磁波信号由最下层蒙皮层1输出。
(2)本发明提供的X、Ku双频段透波结构，可实现X、Ku频段带通，其他频段带阻的双重功能，保证具有双频段透波结构天线罩的雷达系统可以同时在两个频段上正常工作，有很好的电磁波透波特性，能够确保天线罩内的电子设备正常工作。同时，具有双频段透波结构天线罩的雷达系统结构包括多层玻璃钢材料层，适用于高强度工作环境。
(3)本发明提供的X、Ku双频段透波结构，解决了现有在X、Ku频段同时工作天线罩的透波性能随角度和极化敏感的问题，提升大角度入射电磁波传输稳定性。
附图说明
图1是本发明X、Ku双频段透波的频率选择结构的结构图；
图2是本发明X、Ku双频段透波的频率选择结构的频率选择表面层结构图；
图3是本发明X、Ku双频段透波的频率选择结构的垂直极化透波率示意图；其中，a表示入射角为0°，b表示入射角为30°，c表示入射角为60°；
图4是本发明X、Ku双频段透波的频率选择结构的水平极化透波率示意图；其中，a表示入射角为0°，b表示入射角为30°，c表示入射角为60°；
其中：1、蒙皮层，2、频率选择表面层(FSS层)，3、FSS金属单元，4、FSS阵列单元，5、FSS阵列。
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。
本发明第一方面提供了一种X、Ku双频段透波的频率选择结构，所述结构包括蒙皮层1和频率选择表面层2，所述蒙皮层1包括上蒙皮层11和下蒙皮层12，所述频率选择表面层2位于所述上蒙皮层11和下蒙皮层12之间，各层之间粘接在一起。
根据一些优选的实施方式，所述上蒙皮层11和所述下蒙皮层12为玻璃纤维材料。
根据一些优选的实施方式，所述上蒙皮层11和所述下蒙皮层12的厚度独立地为0.2mm至0.5mm。
如图2所示，所述频率选择表面层2由在二维平面内交叉周期重复排列的FSS金属单元3构成。
如图2所示，所述FSS金属单元3由金属膜上刻蚀的三级子环缝隙和圆环缝隙构成。
如图2所示，所述FSS金属单元3交叉周期重复排列的方式为，相邻的两个FSS金属单元3以R为三级子环缝隙中心距离拼接在一起构成一个FSS阵列单元4，FSS阵列单元4以垂直方向排列周期为D1，水平方向排列周期为D2构成FSS层阵列5。
其中，R的取值范围为2mm-4mm，D1的取值范围为2mm-4mm，D2的取值范围为5mm-7mm。
如图2所示，在所述FSS层金属单元3中，所述三级子环缝隙的长边的边长为L1，相邻两条长边的相互夹角为120°，所述三级子环缝隙的短边的边长为L2，缝隙宽度为W1，圆环缝隙外半径为R1，圆环缝隙缝隙宽度为W2。
其中，L1的取值范围为0.8mm-1.5mm，L2的取值范围为0.4mm-1mm，W1的取值范围为0.1mm-0.4mm，R1的取值范围为0.6mm-1.2mm，W2的取值范围为0.1mm-0.4mm。
结合图1和图3，X、Ku双频段透波的频率选择结构在使用时，各种频率的电磁波信号经过由蒙皮层1和频率选择表面层2共同组合构成的频率滤波结构。频率选择结构对照射进来的电磁波信号进行频率选择性滤波，将X、Ku频段以外的电磁波信号反射回去，选择X、Ku频段的电磁波通过，最终垂直极化只有X、Ku频段的电磁波信号由最下层蒙皮层1输出。
结合图1和图4，本发明提供的X、Ku双频段透波结构，可实现水平极化X、Ku频段带通，其他频段带阻的双重功能，保证具有双频段透波结构天线罩的雷达系统可以同时在两个频段上正常工作，有很好的电磁波透波特性，能够确保天线罩内的电子设备正常工作。
本发明第二方面提供了一种本发明第一方面所述的频率选择结构在雷达系统中的应用。
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 (6)

1.一种X、Ku双频段透波的频率选择结构，其特征在于：所述结构包括蒙皮层（1）和频率选择表面层（2），所述蒙皮层（1）包括上蒙皮层（11）和下蒙皮层（12），所述频率选择表面层（2）位于所述上蒙皮层（11）和下蒙皮层（12）之间，各层之间粘接在一起；
所述频率选择表面层（2）由在二维平面内交叉周期重复排列的金属单元（3）构成；
所述金属单元（3）由金属膜上刻蚀的一个三级子环缝隙和一个圆环缝隙构成；所述三级子环缝隙设置在所述圆环缝隙外部；
所述金属单元（3）交叉周期重复排列的方式为，相邻的两个金属单元（3）以R为三级子环缝隙中心距离拼接在一起构成一个阵列单元（4），阵列单元（4）以垂直方向排列周期为D1，水平方向排列周期为D2构成频率选择表面层阵列（5）；
在所述频率选择表面层金属单元（3）中，所述三级子环缝隙的长边的边长为L1，相邻两条长边的相互夹角为120°，所述三级子环缝隙的短边的边长为L2，缝隙宽度为W1，圆环缝隙外半径为R1，圆环缝隙缝隙宽度为W2。
2.根据权利要求1所述的频率选择结构，其特征在于：所述上蒙皮层（11）和所述下蒙皮层（12）为玻璃纤维材料。
3.根据权利要求1所述的频率选择结构，其特征在于：所述上蒙皮层（11）和所述下蒙皮层（12）的厚度独立地为0.2mm至0.5mm。
4.根据权利要求1所述的频率选择结构，其特征在于：R的取值范围为2mm-4mm，D1的取值范围为2mm-4mm，D2的取值范围为5mm-7mm。
5.根据权利要求1所述的频率选择结构，其特征在于：L1的取值范围为0.8mm-1.5mm，L2的取值范围为0.4mm-1mm，W1的取值范围为0.1mm-0.4mm，R1的取值范围为0.6mm-1.2mm，W2的取值范围为0.1mm-0.4mm。
6.一种雷达系统，包括权利要求1至5中任一项所述的频率选择结构。
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