CN113517555B - 一种频选结构及具有其的天线罩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提供一种频选结构及具有其的天线罩，频选结构由多个周期排列的FSS贴片单元构成，其中，任意所述贴片单元包括正多边形贴片，所述正多边形贴片内从外至里依次设置有正多边形缝隙和三级结构缝隙，所述正多边形缝隙和三级结构缝隙和所述正多边形贴片共中心，所述正多边形缝隙的各条边上设置有双向二极管，所述三级结构缝隙的三个极子上分别设置有双向二极管。本发明突破了传统频率选择表面通带无法切换的技术难题。

Description

一种频选结构及具有其的天线罩

技术领域

本发明提供一种频选结构及具有其的天线罩，属于电磁场与微波技术领域。

背景技术

随着现代军事技术高速发展的同时，应运而生的飞行器透波/隐身技术也成各国研究的热点和重点。频率选择表面(频选)是一种空间电磁滤波结构，可在特定频段使电磁无损耗或低损耗通过，而使该频段外的电磁波被滤掉。频选技术自其概念被提出后一直受到高度重视，如将该技术应用于飞行器雷达罩上，能够实现本方雷达正常工作，将敌方雷达工作频段的电磁波反射到其他方向，减小雷达散射截面，因而频选是实现飞行器透波/隐身技术的重要措施。

为了对抗敌方的雷达探测及电磁干扰，飞行器雷达系统由之前的单一频段发展为目前常用的双频段，其配套的天线罩也以双波段透波为主要研究方向。但同时带来的问题是当雷达工作在其中一个频段时，天线罩在另一个频段依然透波，难以在另一个频段实现隐身的效果。因此，亟需一种能满足在两个波段内任意切换透波状态的天线罩，以实现双频雷达系统不论工作在哪一个频段，其另一个频段依然有隐身效果。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种频选结构及具有其的天线罩，以解决上述现有技术中存在的技术问题。

本发明的技术解决方案：

根据一方面，提供一种频选结构，所述频选结构由多个周期排列的FSS贴片单元构成，其中，任意所述贴片单元包括正多边形贴片，所述正多边形贴片内从外至里依次设置有正多边形缝隙和三极结构缝隙，所述正多边形缝隙和三极结构缝隙和所述正多边形贴片共中心，所述正多边形缝隙的各条边上设置有双向二极管，所述三极结构缝隙的三个极子上分别设置有双向二极管。

进一步地，所述正多边形缝隙和所述正多边形贴片采用相同的正多边形。

进一步地，对于所述正多边形缝隙中的任意一条边，所述正多边形贴片中均能找到一条边与其平行。

进一步地，所述正多边形缝隙为正六边形缝隙；所述正多边形贴片为正六边形贴片。

进一步地，所述三极结构缝隙为对称结构，设计为：包括三个依次连接的相同的矩形缝隙，其中，三个矩形缝隙相连通，相邻矩形缝隙夹角为120度，所述双向二极管设置在所述矩形缝隙上。

进一步地，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度相同。

进一步地，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度的取值范围为0.1mm～0.5mm。

进一步地，所述的六边形缝隙的边长L为：L＝λ₁/6，其中λ₁为X频段的波长。

进一步地，所述三极结构缝隙边长S为：S＝λ₂/3，其中λ₂为Ka频段的波长。

根据另一方面，还提供一种天线罩，所述天线罩包括上述的频选结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明的频选结构，通过在贴片单元中从外至内依次设置正多边形缝隙和三极结构缝隙，保证频选结构具有较好的角度稳定性及极化稳定性基础上，同时引入双向二极管组成的开关网络，通过对双向二极管进行导通或切断，实现了X/Ka两个频段透波状态的相互切换，突破了传统频率选择表面通带无法切换的技术难题。本发明通过频选结构设计和双向二极管的导通和切断的控制实现了在X/Ka频段内高透波率(透波率大于80％)的特性，其设计思路可推广到更多频段的通带透波状态切换；此外本发明可应用于单层、A夹层、B夹层、C夹层等多种雷达罩结构设计，以满足不同设计需求。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的频选结构单元示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的＝隐身雷达罩结构示意图，其中1为外蒙皮，2为频选层，3为内蒙皮；

图3示出了根据本发明实施例提供的X波段透波特性；

图4示出了根据本发明实施例提供的Ka波段透波特性。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明一实施例，如图1所示，一种频选结构，所述频选结构由多个周期排列的FSS贴片单元构成，其中，任意所述贴片单元包括正多边形贴片，所述正多边形贴片内从外至里依次设置有正多边形缝隙和三极结构缝隙，所述正多边形缝隙和三极结构缝隙和所述正多边形贴片共中心，所述正多边形缝隙的各条边上设置有双向二极管，所述三极结构缝隙的三个极子上分别设置有双向二极管。

可见，通过本发明实施例的频选结构，通过在贴片单元中从外至内依次设置正多边形缝隙和三极结构缝隙，保证频选结构具有较好的角度稳定性及极化稳定性基础上，同时引入双向二极管组成的开关网络，通过对双向二极管进行导通或切断，实现了X/Ka两个频段透波状态的相互切换，突破了传统频率选择表面通带无法切换的技术难题。

具体的，本发明实施例通过对正多边形缝隙结构和三极结构缝隙上的二极管进行导通或切断，从而实现在X/Ka两个频段上的透波状态任意切换的效果。当三极结构缝隙上的二极管导通，而正多边形缝隙结构上的二极管切断时，三极结构缝隙为导电状态，不具备谐振效果，此时只有正多边形缝隙结构谐振，频选结构此时只有X频段透波，其它频段抑制；当正多边形缝隙结构上的二极管导通，而三极结构缝隙上的二极管切断时，正多边形缝隙结构为导电状态，不具备谐振效果，此时只有三极结构缝隙谐振，频选结构此时只有Ka频段透波，其它频段抑制；当正多边形缝隙结构和三极结构缝隙上的二极管均切断时，此时正多边形缝隙结构及三极结构缝隙均能谐振，频选结构此时在X/Ka频段均透波，为双波段透波状态，其它频段抑制。

在上述实施例中，较佳地，多个FSS贴片单元呈蜂窝状排列。

在上述实施例中，为了保证频选结构的稳定性，所述正多边形缝隙和所述正多边形贴片采用相同的正多边形。优选地，对于所述正多边形缝隙中的任意一条边，所述正多边形贴片中均能找到一条边与其平行。也即如图1所示，沿着正多边形外沿周形状设置同样的正多边形缝隙。

较佳地，如图1所示，所述正多边形缝隙为正六边形缝隙；所述正多边形贴片为正六边形贴片。

在上述实施例中，为了保证频选结构的稳定性以及实现更好地透波效果，所述三极结构缝隙为对称结构，设计为：包括三个依次连接的相同的矩形缝隙，其中，三个矩形缝隙相连通，相邻矩形缝隙夹角为120度，所述双向二极管设置在所述矩形缝隙上。

在上述实施例中，为了保证频选结构实现更好地透波效果以及稳定性，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度相同。且较佳地，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度的取值范围为0.1mm～0.5mm。

在上述实施例中，为了实现X/Ka两个频段透波，所述的六边形缝隙的边长L为：L＝λ₁/6，其中λ₁为X频段的波长。所述三极结构缝隙边长S为：S＝λ₂/3，其中λ₂为Ka频段的波长。可见，三极结构缝隙边长即为矩形缝隙较长的边长。

此外，本领域技术人员应当理解，上述各个参数的具体值还可以在所述值域内根据仿真进行调整以获取最优的效果。

本发明另一实施例，如图2所示，还提供一种天线罩，所述天线罩包括上述的频选结构。具体的，所述天线罩包括依次设置的外蒙皮1、频选层2以及内蒙皮3，其中，所述频选层2包括上述的频选结构。

为了对本发明提供的频选结构及具有其的天线罩有更进一步了解，下面以具体实施例进行详细说明：

以某型天线罩透波/隐身技术指标为例，技术指标为：工作频段：X/Ka，工作带宽：500MHz；透波率：≥80％(工作带宽内)。由于天线罩工作在双波段，因此选用通带可调频选雷达罩研制方案如图1-2所示，由外蒙皮1、频选层2，内蒙皮3等部分组成。

频选层2的频选单元结构如图1所示，为六边形贴片单元结构，其中，从外至内依次内嵌正六边形缝隙和三极结构缝隙，在六边形缝隙的六条条边上采用双向二极管进行导通，三极结构缝隙的三个极子上(三个一边开口的矩形缝隙)也采用双向二极管进行导通，该结构采用蜂窝状排列。

频选单元结构优选比例如下：六边形缝隙与三极结构缝隙的缝隙宽度均为b，六边形缝隙边长L≈λ₁/6，其中λ₁为X频段的波长，三极结构缝隙边长S≈λ₂/3，其中λ₂为Ka频段的波长，缝隙b的取值范围为0.1mm～0.5mm。

具体的，在专业电磁仿真软件内建立通带可调频选结构模型，包括雷达罩内外蒙皮、频选单元结构。在建立的模型中准确输入各层介质的电参数(如介电常数、损耗角正切值)。天线罩材料为：罩体材料为石英增强聚芳炔复合材料。

经过优化分析可得，罩体厚度2.8mm，b＝0.2mm，L＝5.2mm，S＝2.8mm。

根据上述参数制备得到的某型天线罩X/Ka通带透波特性如图3、图4所示，可以看出能够完全满足技术指标：工作频段X/Ka，工作带宽500MHz；透波率≥80％(工作带宽内)。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种频选结构，所述频选结构由多个周期排列的FSS贴片单元构成，其特征在于，任意所述贴片单元包括正多边形贴片，所述正多边形贴片内从外至里依次设置有正多边形缝隙和三极结构缝隙，所述正多边形缝隙和三极结构缝隙均和所述正多边形贴片共中心，所述正多边形缝隙的各条边上设置有双向二极管，所述三极结构缝隙的三个极子上分别设置有双向二极管；所述三极结构缝隙为对称结构，设计为包括三个依次连接的相同的矩形缝隙，其中，三个矩形缝隙相连通，相邻矩形缝隙夹角为120度，所述双向二极管设置在所述矩形缝隙上。

2.根据权利要求1所述的一种频选结构，其特征在于，所述正多边形缝隙和所述正多边形贴片采用相同的正多边形。

3.根据权利要求2所述的一种频选结构，其特征在于，对于所述正多边形缝隙中的任意一条边，所述正多边形贴片中均能找到一条边与其平行。

4.根据权利要求3所述的一种频选结构，其特征在于，所述正多边形缝隙为正六边形缝隙；所述正多边形贴片为正六边形贴片。

5.根据权利要求4所述的一种频选结构，其特征在于，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度相同。

6.根据权利要求5所述的一种频选结构，其特征在于，所述正六边形缝隙的宽度与三极结构缝隙中矩形缝隙宽度的取值范围为0.1mm～0.5mm。

7.根据权利要求4-6任一项所述的一种频选结构，其特征在于，所述正六边形缝隙的边长L为：L＝λ₁/6，其中λ₁为X频段的波长。

8.根据权利要求1所述的一种频选结构，其特征在于，所述三极结构缝隙边长S为：S＝λ₂/3，其中λ₂为Ka频段的波长。

9.一种天线罩，其特征在于，所述天线罩包括权利要求1-8任一项所述的频选结构。