CN113394569B - 一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面及其制作方法 - Google Patents

一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，包括介质基板、印刷在介质基板正面的电阻性频率选择单元周期排布组成的阵列、印制在介质基板背面的金属地板；所述电阻性频率选择单元，由一个电阻性方环和一个电阻性方贴片组成，且方贴片嵌在方环的中空区域内。本发明能在24GHz和77GHz两个车载雷达频段内对全方位角和30°以内俯仰角以及TE、TM两种极化的入射波实现对电磁波的有效吸收。相比于现有技术，本发明的优点是剖面极其低、重量轻，加工和装贴简便，应用于车载雷达测试环境中既能有效消除杂散电磁波的干扰，也能够极大减小测试系统占地空间大小，具有很好的工程应用前景。

Description

一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面及其 制作方法
技术领域
本发明属于车载雷达技术领域，涉及一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面及其制作方法。
背景技术
工业上进行车载雷达射频性能测试时，常需要将车载雷达置于微波屏蔽箱中，或将装载车载雷达的真实或模型汽车放置于模拟汽车实际行驶环境的开阔场地或隧道中。微波屏蔽箱室带电磁屏蔽功能的金属箱，其内表面需要装贴吸波材料以吸收各种杂散电磁波以消除其对测试的干扰。而开阔测试场地或隧道内壁也需要粘贴吸波材料来吸收各种杂散的干扰电磁波。
吸波材料是指能够衰减、损耗、吸收电磁波的电磁材料与电磁结构，通过材料的损耗使得微波频段电磁波能量转换为热能或者其他形式的能量。当前车载雷达测试场地搭建的微波暗室一般采用角锥吸波材料，这类吸波材料通过将聚氨酯类角锥型的泡沫塑料基体在碳胶溶液中浸泡后干燥制成。角锥状吸波材料的优点是宽频带，强吸收，且有较好的耐燃耐电压性能，综合性能好。但也有缺点，为了让材料的吸波的效果更好，锥体和底座需要有一定的高度。锥体高度的最小值应设计为最低频率处的一个波长,在自由空间不考虑顶角大小的情况下，底座高度约为锥体高度的三分之一。因此角锥吸波材料往往厚度比较大，从而其体积和占用空间也较大，装配也不便。
根据吸波材料的工作原理，角锥吸波材料厚度大主要是由其宽带的吸波性能所必然要求的，而对车载雷达测试来说，实际并不需要很宽的吸波频带，而只需对24GHz、77GHz两个车载雷达频段实现高性能吸波即可。如果仅仅只需满足这两个频段的窄带吸波性能要求，平板状的吸波体足以胜任，并且厚度还将大大降低，能够有效克服角锥吸波体的缺点。因此，应用于车载雷达的超薄双频吸波表面具有很高的工程实用价值。
目前业界还没有开发出同时针对车载雷达两个主流工作频段(24GHz和77GHz)的平板状低剖面双频吸波体。Min-Sung Kim等人公开了一种基于电阻性频选表面的平板状吸波体(M.Kim and S.Kim,"Design and Fabrication of77-GHz Radar AbsorbingMaterials Using Frequency-Selective Surfaces for Autonomous VehiclesApplication,"in IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.29,no.12,pp.779-782)，通过在0.126mm厚的聚酰亚胺基材上均匀排布方贴片电阻薄膜结构的频率选择表面一定程度上有利于解决角锥吸波材料厚度过大的问题，但该设计的单元周期较大，极化稳定性与角稳定性较低，而且仅能工作在77GHz单频段，未覆盖24GHz车载雷达频段。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面及其制作方法，在确保吸波材料能够吸收24GHz和77GHz双车载雷达频段杂散电磁波的同时，解决传统角锥吸波材料剖面过高以及现有平板状吸波体仅能支持单车载雷达频段的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，包括介质基板、印制在介质基板正面的二维平面周期阵列、印制在介质基板反面的地板；
进一步地，所述介质基板采用FR4材料制成，厚度为0.5mm。
进一步地，所述二维平面周期阵列由电阻性频率选择单元沿x轴和y轴两个方向周期排布而成。
进一步地，所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的排布周期沿x和y方向均为1.83mm。
进一步地，所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元是由一个方环和一个方贴片组成的平面嵌套结构，方环和方贴片同心，且方贴片的边长小于方环边长减去两倍方环线宽的差。
进一步地，所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的方环和方贴片均由有限电导率的均匀电阻性材料制成。
进一步地，所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的方环边长为1.62mm，线宽为0.32mm，所述方环的方阻阻值为6Ω/sq。
进一步地，所述电阻性频率选择单元的方贴片边长为0.58mm，方贴片的方阻阻值为14Ω/sq。
进一步地，所述地板为金属地板。
本发明还提供一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面的制作方法，包括以下步骤：
(1)选取介质基板；
(2)腐蚀掉介质基板的上表面金属，所得单面介质基板的介质芯层用作介质基板，下表面金属层用作金属地板；
(3)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方环沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面；
(4)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方贴片沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面，每个方贴片摆放在对应方环的中空区域内，同时确保两者同心。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元较之传统的角锥吸波体具有剖面极其低、重量轻，加工和装贴简便的优点。
(2)本发明所采用的二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元采用导电的方环与方贴片同心平面嵌套结构，该结构具有旋转对称性，吸波表面在23.5GHz～26.5GHz和74GHz～80GHz工作频段内整体对极化不敏感，有较好的极化稳定性。
(3)本发明所采用的二维平面周期阵列的阵列单元整体周期较小，吸波表面在23.5GHz～26.5GHz和74GHz～80GHz工作频段内的角稳定性有明显的提升，具备较好的工程应用价值。
本发明的目的、特征及优点将结合实例，参照附图做如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明双频段低剖面吸波表面的总体结构分解示意图；
图2是本发明的电阻性频率选择单元及其背衬介质基板、金属地板的分解示意图；
图3是本发明的电阻性频率选择单元的俯视图；
图4是本发明的电阻性频率选择单元及其背衬介质基板、金属地板的结构侧视图；
图5是本发明在不同角度TE极化波入射下的反射系数幅度仿真曲线图；
图6是本发明在不同角度TM极化波入射下的反射系数幅度仿真曲线图。
具体实施方式
一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面的总体结构如图1所示，包括介质基板1、印制在介质基板1正面的二维平面周期阵列2、印制在介质基板反面的金属地板3。整体结构从上至下依次为二维平面周期阵列2、介质基板1、金属地板3。
所述二维平面周期阵列2由电阻性频率选择单元沿x轴和y轴两个方向周期排布而成。
如图2、3、4所述，所述二维平面周期阵列2的电阻性频率选择单元是由一个方环20和一个方贴片21组成的平面嵌套结构，方环20和方贴片21同心，且方贴片21的边长小于方环边长减去两倍方环线宽的差。
所述二维平面周期阵列2的电阻性频率选择单元的方环20和方贴片21均由有限电导率的均匀电阻性材料制成。
所述二维平面周期阵列2的电阻性频率选择单元的排布周期沿x和y方向均为1.83mm。
所述二维平面周期阵列2的电阻性频率选择单元的方环20边长为1.62mm，线宽为0.32mm；所述电阻性频率选择单元的方贴片21边长为0.58mm；所述方环20的方阻阻值为6Ω/sq，方贴片21的方阻阻值为14Ω/sq。
所述介质基板1为FR4材料，厚度为0.5mm。
本发明的低剖面双频段吸波表面的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先选取介质芯层厚度为0.5mm的双面覆铜环氧树脂(FR4)介质基板；
(2)腐蚀掉该双面覆铜环氧树脂(FR4)介质基板的上表面金属，所得单面覆铜环氧树脂(FR4)介质基板的介质芯层用作介质基板1，下表面金属层用作金属地板3；
(3)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将所设计的边长为1.62mm、线宽为0.32mm、方阻阻值为6Ω/sq的电阻性方环20沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板1的上表面，周期为1.83mm；
(4)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将所设计的边长为0.58mm、方阻阻值为14Ω/sq的电阻性方贴片21沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板1的上表面，周期为1.83mm。在这一步骤中应将每个方贴片摆放在对应电阻性方环20的中空区域内，同时确保两者同心。
需要注意的是，电阻性方环20和电阻性方贴片21的贴覆顺序不分先后，也可以先贴覆电阻性方贴片，再贴覆电阻性方环。
所得低剖面双频段吸波表面具有结构简单、剖面极其低、重量轻，加工和装贴简便等优点。
本发明采用的电阻性频率选择单元周期较小，在实现了24GHz和77GHz吸波频带的同时，确保这两个频带的吸波性能具有较好的极化稳定性和角稳定性。
图5是本发明在不同角度TE极化波入射下的反射系数幅度仿真曲线图，由图可知，在不同角度TE极化波照射下的性能变化情况，当入射波频率在23.5GHz～26.5GHz和74GHz～80GHz时，对于0°～360°全范围入射方位角和0°～30°范围内的入射俯仰角，反射系数幅度均在-10dB以下。
图6是本发明在不同角度TM极化波入射下的反射系数幅度仿真曲线图，由图可知，在不同角度TM极化波照射下的性能变化情况，当入射波频率在23.5GHz～26.5GHz和74GHz～80GHz时，对于0°～360°全范围入射方位角和0°～30°范围内的入射俯仰角，反射系数幅度均在-10dB以下。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：包括介质基板、印制在介质基板正面的二维平面周期阵列、印制在介质基板反面的地板；
所述二维平面周期阵列由电阻性频率选择单元沿x轴和y轴两个方向周期排布而成；
所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元是由一个方环和一个方贴片组成的平面嵌套结构，方环和方贴片同心，且方贴片的边长小于方环边长减去两倍方环线宽的差；
所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面的制作方法，包括以下步骤：
(1)选取介质基板；
(2)腐蚀掉介质基板的上表面金属，所得单面介质基板的介质芯层用作介质基板，下表面金属层用作金属地板；
(3)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方环沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面；
(4)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方贴片沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面，每个方贴片摆放在对应方环的中空区域内，同时确保两者同心。
2.根据权利要求1所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述介质基板采用FR4材料制成，厚度为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的排布周期沿x和y方向均为1.83mm。
4.根据权利要求1所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的方环和方贴片均由有限电导率的均匀电阻性材料制成。
5.根据权利要求4所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述二维平面周期阵列的电阻性频率选择单元的方环边长为1.62mm，线宽为0.32mm，所述方环的方阻阻值为6Ω/sq。
6.根据权利要求4所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述电阻性频率选择单元的方贴片边长为0.58mm，方贴片的方阻阻值为14Ω/sq。
7.根据权利要求1所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面，其特征在于：所述地板为金属地板。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的应用于车载雷达测试环境的低剖面双频段吸波表面的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取介质基板；
(2)腐蚀掉介质基板的上表面金属，所得单面介质基板的介质芯层用作介质基板，下表面金属层用作金属地板；
(3)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方环沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面；
(4)运用丝网印刷或激光雕刻工艺将方贴片沿x轴和y轴两个方向周期地贴覆在介质基板的上表面，每个方贴片摆放在对应方环的中空区域内，同时确保两者同心。
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