CN114039212A - 一种低通宽阻的透波结构 - Google Patents

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周昊天
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Abstract

本发明涉及频率选择透波结构技术领域，特别涉及一种低通宽阻的透波结构。在该透波结构中，第一FSS层包括多个呈正方形的第一FSS层基本单元，每个第一FSS层基本单元设置有一个金属圆环贴片；第二FSS层包括多个呈正方形的第二FSS层基本单元，每个第二FSS层基本单元设置有两个金属线条，一个金属线条由第二FSS层基本单元的第一边延伸到与第一边相对的第二边，另一个金属线条由第二FSS层基本单元的第三边延伸到与第三边相对的第四边，两个金属线条在第二FSS层基本单元的中间部位相交且围成迷宫螺旋形结构。本发明提供一种可在电磁波大角度入射时依然具有优异低频选择透波性能的结构。

Description

一种低通宽阻的透波结构
技术领域
本发明涉及频率选择透波结构技术领域，特别涉及一种低通宽阻的透波结构。
背景技术
频率选择透波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目标上，都通过由特殊的雷达频率选择透波结构构成的天线罩来提高雷达系统的低可探测性。
传统的频率选择透波结构可以实现选频透波性能，但是却在电磁波大入射角照射时出现谐振点偏移，导致电磁波大角度入射时存在频率选择透波结构难以保证稳定的带通性能的问题，而且在较低频段透波时该问题更为突出。
因此，针对以上问题，需要提供一种可在电磁波大角度入射时依然具有优异低频选择透波性能的结构。
发明内容
本发明实施例提供了一种低通宽阻的透波结构，能够提供一种可在电磁波大角度入射时依然具有优异低频选择透波性能的结构。
本发明提供一种低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述低通宽阻的透波结构包括沿厚度方向依次设置的吸波层、第一FSS层、吸波层、泡沫层、蒙皮层、第二FSS层、蒙皮层、泡沫层、吸波层、第一FSS层、吸波层；
所述第一FSS层包括多个呈正方形的第一FSS层基本单元，每个所述第一FSS层基本单元设置有一个金属圆环贴片；
所述第二FSS层包括多个呈正方形的第二FSS层基本单元，每个所述第二FSS层基本单元设置有两个金属线条，一个所述金属线条由所述第二FSS层基本单元的第一边延伸到与所述第一边相对的第二边，另一个所述金属线条由所述第二FSS层基本单元的第三边延伸到与所述第三边相对的第四边，两个所述金属线条在所述第二FSS层基本单元的中间部位相交且围成迷宫形结构。
优选地，所述第一FSS层由所述第一FSS层基本单元沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为所述第一FSS层基本单元的边长。
优选地，所述第二FSS层由所述第二FSS层基本单元沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为所述第二FSS层基本单元的边长。
优选地，所述第一FSS层基本单元的边长为2-4mm，所述金属圆环贴片的外半径为1.9-3.9mm，所述金属圆环贴片的贴片宽度为0.1-0.3mm。
优选地，所述第二FSS层基本单元的边长为2-4mm，所述金属线条的宽度为0.08-0.15mm，两个所述金属线条位于围成迷宫形结构的部分具有间隙，所述间隙的尺寸为0.08-0.15mm。
优选地，所述吸波层由羟基铁粉-树脂的混合材料制成。
优选地，所述泡沫层由PMI泡沫制成。
优选地，所述蒙皮层由石英纤维材料制成。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
在本发明中，低通宽阻的透波结构包括三层FSS层，三层FSS层的中间层为由多个第二FSS层基本单元组成的第二FSS层，三层FSS层的两侧为由多个第一FSS层基本单元组成的第一FSS层，第二FSS层基本单元包括两个曲折延伸并在中心形成迷宫形结构的金属线条，第一FSS层基本单元包括金属圆环贴片。通过将第一FSS层基本单元设计成包括金属圆环贴片的正方形，将第二FSS层基本单元设计成包括两个曲折延伸并在中心形成迷宫形结构的金属线条的正方形，并将第一FSS层和第二FSS层如上述顺序排列形成三层FSS层，使本发明提供的低通宽阻的透波结构在电磁波大角度入射时具有稳定的低频段带通性。
在本发明中，每层FSS层的两侧还包括吸波层和蒙皮层。其中，第一FSS层的两侧为吸波层，吸波层的相对介电常数较高，在高频段具有损耗电磁波和提升阻带截止电磁波传输的性能；第二FSS层的两侧为蒙皮层，蒙皮层使低通宽阻的透波结构具备优异的环境适应性。
在本发明中，吸波层和蒙皮层之间还包括泡沫层，泡沫层介电常数低，与空气接近，结构中应用该材料主要起间隔、支撑第一FSS层和第二FSS层的作用，在空间上实现阻抗匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种低通宽阻的透波结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的第一FSS层基本单元的示意图；
图3是本发明实施例提供的第一FSS层基本单元周期排列示意图；
图4是本发明实施例提供的第二FSS层基本单元的示意图；
图5是本发明实施例提供的第二FSS层基本单元周期排列示意图；
图6是本发明实施例提供的垂直极化时各角度入射透波率图；
图7时本发明实施例提供的水平极化时各角度入射透波率图。
图中：
1、吸波层；2、泡沫层、3、蒙皮层；
4、第一FSS层；41、第一FSS层基本单元；
5、第二FSS层；51、第二FSS层基本单元。
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。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示，本发明提供一种低通宽阻的透波结构，其特征在于，低通宽阻的透波结构包括沿厚度方向依次设置的吸波层1、第一FSS层4、吸波层1、泡沫层2、蒙皮层3、第二FSS层5、蒙皮层3、泡沫层2、吸波层1、第一FSS层4、吸波层1；
第一FSS层4包括多个呈正方形的第一FSS层基本单元41，每个第一FSS层基本单元41设置有一个金属圆环贴片；
第二FSS层5包括多个呈正方形的第二FSS层基本单元51，每个第二FSS层基本单元51设置有两个金属线条，一个金属线条由第二FSS层基本单元51的第一边延伸到与第一边相对的第二边，另一个金属线条由第二FSS层基本单元51的第三边延伸到与第三边相对的第四边，两个金属线条在第二FSS层基本单元51的中间部位相交且围成迷宫形结构。
在本发明中，低通宽阻的透波结构包括三层FSS层，三层FSS层的中间层为由多个第二FSS层5基本单元51组成的第二FSS层5，三层FSS层的两侧为由多个第一FSS层4基本单元41组成的第一FSS层4，第二FSS层5基本单元51包括两个曲折延伸并在中心形成迷宫形结构的金属线条，第一FSS层4基本单元41包括金属圆环贴片。通过将第一FSS层4基本单元41设计成包括金属圆环贴片的正方形，将第二FSS层5基本单元51设计成包括两个曲折延伸并在中心形成迷宫形结构的金属线条的正方形，并将第一FSS层4和第二FSS层5如上述顺序排列形成三层FSS层，使本发明提供的低通宽阻的透波结构在电磁波大角度入射时具有稳定的低频段带通性。
需要说明的是，多个第一FSS层基本单元41上的金属圆环贴片使第一FSS层4具备优异的等效电容性能；多个第二FSS层基本单元51上的两个曲折延伸并在中心形成迷宫形结构的金属线条使第二FSS层5具备优异的等效电感性能。按照第一FSS层4、第二FSS层5和第一FSS层的顺序设置低通宽阻的透波结构，使低通宽阻的透波结构实现了优异的抗阻匹配。因此，大角度电磁波入射时，带通稳定且损耗小。
此外，第一FSS层基本单元41和第二FSS层基本单元51为1/4对称结构，对电磁波极化不敏感，能实现双极化性能。
在本发明中，每层FSS层的两侧还包括吸波层1和蒙皮层3。其中，第一FSS层4的两侧为吸波层1，吸波层1的相对介电常数较高，在高频段具有损耗电磁波和提升阻带截止电磁波传输的性能；第二FSS层5的两侧为蒙皮层3，蒙皮层3使低通宽阻的透波结构具备优异的环境适应性。
在本发明中，吸波层1和蒙皮层3之间还包括泡沫层2，泡沫层2介电常数低，与空气接近，结构中应用该材料主要起间隔和支撑第一FSS层4和第二FSS层5的作用，在空间上实现阻抗匹配。
根据一些优选的实施方式，第一FSS层4由第一FSS层基本单元41沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为第一FSS层基本单元41的边长。
在本发明中，第一FSS层基本单元41沿其两个临边方向周期排列，使第一FSS层4构成损耗层阵列，从而具备电磁波频率选择功能。
根据一些优选的实施方式，第二FSS层5由第二FSS层基本单元51沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为第二FSS层基本单元51的边长。
在本发明中，第二FSS层基本单元51沿其两个临边方向周期排列，使第二FSS层5构成损耗层阵列，从而具备电磁波频率选择功能。
根据一些优选的实施方式，第一FSS层基本单元41的边长为2-4mm，金属圆环贴片的外半径为1.9-3.9mm，金属圆环贴片的贴片宽度为0.1-0.3mm。
根据一些优选的实施方式，第二FSS层基本单元51的边长为2-4mm，金属线条的宽度为0.08-0.15mm，两个金属线条位于围成迷宫形结构的部分具有间隙，间隙的尺寸为0.08-0.15mm。
在本发明中，通过将第一FSS层基本单元41的边长、第二FSS层基本单元51的边长、金属圆环贴片的外半径、金属圆环贴片的贴片宽度、金属线条的宽度和围成迷宫形结构的金属线条之间的间隙尺寸的数值设定在上述范围内，使第一FSS层4和第二FSS层5具备高频截止、低频谐振的性能，将S频段以外的电磁波信号反射回去，选择S频段的电磁波通过。
根据一些优选的实施方式，吸波层1由羟基铁粉-树脂的混合材料制成。
在本发明中，由羟基铁粉-树脂的混合材料制成的吸波层1介电常数、损耗角正切高，具有降低单元排列周期、增加高频电磁损耗的性能，应用于第一FSS层4两侧。
根据一些优选的实施方式，泡沫层2由PMI泡沫制成。
在本发明中，由PMI泡沫制成泡沫层2介电常数低，具有支撑作用，并且在空间上实现抗阻匹配。
根据一些优选的实施方式，蒙皮层3由石英纤维材料制成。
在本发明中，选用石英纤维材料制作蒙皮层3使本发明提供的低通宽阻的透波结构适用于高强度的工作环境。
实施例：
制备第一FSS层，其中，第一FSS层基本单元的边长为3mm，金属圆环贴片的外半径为2.9mm，贴片宽度为0.2mm；
制备第二FSS层，其中，第二FSS层基本单元的边长为3mm，金属线条宽度为0.1mm，围成的迷宫形结构的金属线条之间的间隙尺寸为0.2mm；
制备由羟基铁粉-树脂混合制成的吸波层，制备由PMI泡沫制成的泡沫层，制备由石英纤维制成的蒙皮层，
沿厚度方向依次设置吸波层、第一FSS层、吸波层、泡沫层、蒙皮层、第二FSS层、蒙皮层、泡沫层、吸波层、第一FSS层、吸波层，使用粘接剂将各层粘接在一起，得到低通宽阻的透波结构。
将得到的低通宽阻的透波结构进行电磁波透波性能计算，具体计算内容如下：
将各个波段的电磁波从不同角度射入低通宽阻的透波结构中，对穿过低通宽阻的透波结构的电磁波功率进行计算，得到水平极化时和垂直极化时的透波结果，如图6、图7所示。
由图6和图7可知，水平极化计算结果和垂直极化计算结果均得到如下结论：仅有S波段的电磁波可通过低通宽阻的透波结构，且功率损耗小。
综上所述，本发明提供的低通宽阻的透波结构在电磁波大角度入射时具有稳定的S频段带通性。
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 (8)

1.一种低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述低通宽阻的透波结构包括沿厚度方向依次设置的吸波层(1)、第一FSS层(4)、吸波层(1)、泡沫层(2)、蒙皮层(3)、第二FSS层(5)、蒙皮层(3)、泡沫层(2)、吸波层(1)、第一FSS层(4)、吸波层(1)；
所述第一FSS层(4)包括多个呈正方形的第一FSS层基本单元(41)，每个所述第一FSS层基本单元(41)设置有一个金属圆环贴片；
所述第二FSS层(5)包括多个呈正方形的第二FSS层基本单元(51)，每个所述第二FSS层基本单元(51)设置有两个金属线条，一个所述金属线条由所述第二FSS层基本单元(51)的第一边延伸到与所述第一边相对的第二边，另一个所述金属线条由所述第二FSS层基本单元(51)的第三边延伸到与所述第三边相对的第四边，两个所述金属线条在所述第二FSS层基本单元(51)的中间部位相交且围成迷宫形结构。
2.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述第一FSS层(4)由所述第一FSS层基本单元(41)沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为所述第一FSS层基本单元(41)的边长。
3.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述第二FSS层(5)由所述第二FSS层基本单元(51)沿其两个临边方向周期排列组成，排列的最小周期为所述第二FSS层基本单元(51)的边长。
4.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述第一FSS层基本单元(41)的边长为2-4mm，所述金属圆环贴片的外半径为1.9-3.9mm，所述金属圆环贴片的贴片宽度为0.1-0.3mm。
5.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述第二FSS层基本单元(51)的边长为2-4mm，所述金属线条的宽度为0.08-0.15mm，两个所述金属线条位于围成迷宫形结构的部分具有间隙，所述间隙的尺寸为0.08-0.15mm。
6.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述吸波层(1)由羟基铁粉-树脂的混合材料制成。
7.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述泡沫层(2)由PMI泡沫制成。
8.根据权利要求1所述的低通宽阻的透波结构，其特征在于，所述蒙皮层(3)由石英纤维材料制成。
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