CN114094344A - 一种小型化吸透一体频率选择结构 - Google Patents

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CN114094344A CN202111308413.2A CN202111308413A CN114094344A CN 114094344 A CN114094344 A CN 114094344A CN 202111308413 A CN202111308413 A CN 202111308413A CN 114094344 A CN114094344 A CN 114094344A
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许秉正
贾胜利
姜晓宇
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective

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Abstract

本发明属于微波技术领域，具体而言，特别涉及一种小型化吸透一体频率选择结构，包括损耗结构、无耗结构与泡沫结构，损耗结构包括正方形的第一介质板，其正面具有由一根金属线螺旋而成的双螺旋金属线，所述双螺旋金属线的两端连接埋阻结构，所述埋阻结构设置在所述第一介质板的背面；无耗结构为正方形，包括第一金属层，第二金属层，第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间、所述第二金属层与所述第三金属层之间具有介质板；所述第一金属层与所述第三金属层均由沿周向同周期分布的金属贴片组成；所述第二金属层为一层矩形金属边框；泡沫结构，其连接并隔开无耗结构与损耗结构，本申请以极小的单元尺寸，保证了高频的布拉格瓣的抑制。

Description

一种小型化吸透一体频率选择结构
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体而言，特别涉及一种小型化吸透一体频率选择结构。
背景技术
本发明的吸透一体结构是一种利用埋阻材料的周期小型化的吸透一体结构，吸透一体结构是频率选择表面的改进，传统频率选择表面在特定的工作频带内不影响天线工作，而在带外通过隐身外形设计将威胁雷达来波散射到其它无害方向，实现天线系统带外隐身。面对敌方双/多基站雷达的探测时，反射到其它方向的雷达波仍可能被接收，无法实现真正的天线系统的隐身。吸透一体结构可将原来的反射信号变为吸收信号，将会大大抑制散射信号，能够极大提高雷达天线系统的隐身性能。
频率选择结构和吸透一体结构一般都是周期结构，周期结构的小型化是一个至关重要的研究方向。周期小型化结构，因为其电尺寸较小，可以使空间栅瓣和表面波远离谐振通带，提升对入射波入射角和极化的稳定性，同时对于曲面频率选择表面结构，还可以减缓因单元形状扭曲而带来的传输特性恶化现象。
目前绝大多数的吸透一体频率选择表面没有做周期小型化处理，针对吸透一体结构的小型化研究非常少，这是由于吸透一体结构需要在单个周期内完成透波和吸波的电路设计，周期小型化以后，在有限的空间难以刻蚀完整的金属图案，具有很大的难度，小型化吸透一体频率选择表面在飞行器隐身中具有极大的应用前景。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种小型化吸透一体频率选择结构，其包含N×N个结构单元，每个单元包括透波频段和吸波频段，吸透一体结构的周期小型化，吸波频段包括损耗层，透波频段包括无耗层，损耗结构，损耗结构包括正方形的第一介质板，其包括正面与背面，所述正面具有由一根金属线螺旋而成的双螺旋金属线，所述双螺旋金属线的两端连接埋阻结构，所述埋阻结构设置在所述第一介质板的背面；
无耗结构，无耗结构为正方形，包括第一金属层，第二金属层，第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间具有第二介质板，所述第二金属层与所述第三金属层之间具有第三介质板；所述第一金属层与所述第三金属层均由沿周向同周期分布的金属贴片组成；所述第二金属层为一层矩形金属边框；
泡沫结构，其连接并隔开无耗结构与损耗结构
损耗结构1、泡沫结构2和无耗结构3在x和y方向的边长为8.6mm，可在二维方向上周期性阵列。
优选的是，所述埋阻结构的两端通过贯穿损耗结构的金属柱与所述双螺旋金属线连接。
优选的是，所述双螺旋金属线的数量为四个，沿损耗结构中心呈中心对称分布，综合上述优选方案，所述4个双螺旋金属线和所述4个埋阻结构通过设置在第一介质板的正面和背面的金属线和穿设所述第一介质板的金属柱依次间隔串联形成回路。
优选的是，泡沫结构为长方体结构，其材料包括PMI泡沫，PMI泡沫材料的厚度是13.8mm，介电常数是1.093，损耗正切是0.015。
优选的是，所述金属贴片形状为正方形，所述第一金属层与所述第三金属层的所述金属贴片的数量分别为4个。
优选的是，所述双螺旋金属线的直径为2.7mm～2.8mm。
优选的是，所述第一介质层的厚度是1.016mm，介电常数是2.92，损耗正切是0.0025。
优选的是，所述第二介质层和所述第三介质层的厚度均是0.254mm，介电常数是2.2，损耗正切是0.009。
优选的是，损耗结构与泡沫结构之间、泡沫结构与所述第二介质层之间、所述第二介质层和所述第三介质层通过0.1mm厚度的半固化片粘接，所述半固化片的规格是RO4450F。
优选的是，所述埋阻结构的方阻为50欧姆/□。
本申请的优点包括：采用双螺旋结构和多层过孔相连形式，以极小的单元尺寸，保证了高频的布拉格瓣的抑制；通过埋阻结构实现带外电磁波的吸收，且吸透一体结构在吸收频带具有陡峭的边沿滚降，表现出优越的电磁波调控特性，非常适合与绝大部分加载与天线上方的蒙皮、保护罩等结构进行结合，发挥优良的电性能。
附图说明
图1是本发明的小型化吸透一体结构的三维结构示意图；
图2是本发明的损耗层金属柱示意图；
图3是本发明的损耗层顶视图；
图4是本发明的损耗层底视图；
图5是本发明的无耗层第一金属层示意图；
图6是本发明的无耗层第二金属层示意图；
图7是本发明的无耗层第三金属层示意图；
图8是本发明提供的吸透一体结构的传输系数曲线示意图；
图9是本发明提供的吸透一体结构的吸收率曲线示意图；
其中，1-损耗层；2-泡沫层；3-无耗层；T1-上螺旋金属线；T2-右螺旋金属线；T3-下螺旋金属线；T4-左螺旋金属线；T5-左上金属线；T6-左中上金属线；T7-左中下金属线；T8-左下金属线；T9-右下金属线；T10-右中下金属线；T11-右中上金属线；T12-右上金属线；R1-埋阻结构；R2-埋阻结构；R3-埋阻结构；R4-埋阻结构；H1-金属柱；H2-金属柱；H3-金属柱；H4-金属柱；H5-金属柱；H6-金属柱；H7-金属柱；H8-金属柱。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
将结合图1至图7对本发明提供的吸透一体结构做详细解释说明。
如图1所示，本发明提供的小型化吸透一体结构，包含损耗结构1、泡沫结构2和无耗结构3，无耗结构3沿着负z轴方向依次为第一金属层、第二介质层、第二金属层、第三介质层和第三金属层。
如图2所示，所述的损耗结构1的正面铜层包含4个双螺旋金属线，结构中心对称，螺旋线的两端连接有金属延长线，其中，双螺旋金属线和金属延长线顺时针依次为上螺旋金属线T1、右螺旋金属线T2、下螺旋金属线T3和左螺旋金属线T4。
如图3所示，所述的损耗结构1的背面铜层包含8个金属线和4个埋阻结构，结构中心对称，其中，金属线顺时针依次为左上金属线T5、右上金属线T12、右中上金属线T11、右中下金属线T10、右下金属线T9、左下金属线T8、左中下金属线T7、左中上金属线T6。左上金属线T5和左中上金属线T6之间有埋阻结构R1，左中下金属线T7和左下金属线T8之间有埋阻结构R2，右下金属线T9和右中下金属线T10之间有埋阻结构R3，右中上金属线T11和右上金属线T12之间有埋阻结构R4。
如图4所示，损耗结构1的正面和背面之间通过8根金属柱相连接，其中，上螺旋金属线T1和左上金属线T5通过金属柱H2相连接，上螺旋金属线T1和右上金属线T12通过金属柱H3相连接，右螺旋金属线T2和右中上金属线T11通过金属柱H4相连接，右螺旋金属线T2和右中下金属线T10通过金属柱H5相连接，下螺旋金属线T3和右下金属线T9通过金属柱H6相连接，下螺旋金属线T3和左下金属线T8通过金属柱H7相连接，左螺旋金属线T4和左中下金属线T7通过金属柱H8相连接，左螺旋金属线T4和左中上金属线T6通过金属柱H1相连接。
如图5所示，无耗结构第一金属层包括四个贴片，在一个周期内呈现为一个正方形方框，方框的线宽为w1；
如图6所示，五号结构第二金属层由四个正方形贴片组成，所述正方形贴片的宽度为w2；
如图7所示，无耗结构第三金属层为四个金属贴片，在一个周期内呈现为一个正方形，线宽为w3；
参照图2—图6，下表1给出本发明一种可能的参数，表中，单位为mm。
参数 l1 l2 l3 l4 l5 l6
数值 2.78 0.85 0.20 1.11 0.88 1.60
参数 l7 w1 w2 w3
数值 3.23 1.46 0.05 2.06
表1
利用电磁仿真软件仿真改结构的电磁波传输和吸收特性，当电磁波沿着z方向入射，所述单元的传输系数和吸收率随电磁波的频率变化的曲线图分别如图8和图9所示。从图中可知，在通带频段内，实现了电磁波的透射高的通带，在2～4GHz的频带内，对电磁波的平均吸收超过80％，且具有陡峭的边沿滚降，在8～12GHz的频段内，对电磁波的平均传输系数超过-3dB。上述实施例取得了预期的效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，包括：
损耗结构(1)，损耗结构(1)包括正方形的第一介质板，其包括正面与背面，所述正面具有由一根金属线螺旋而成的双螺旋金属线，所述双螺旋金属线的两端连接埋阻结构，所述埋阻结构设置在所述第一介质板的背面；
无耗结构(3)，无耗结构(3)为正方形，包括第一金属层，第二金属层，第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间具有第二介质板，所述第二金属层与所述第三金属层之间具有第三介质板；所述第一金属层与所述第三金属层均由沿周向同周期分布的金属贴片组成；所述第二金属层为一层矩形金属边框；
泡沫结构(2)，其连接并隔开无耗结构(3)与损耗结构(1)。
2.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述埋阻结构的两端通过贯穿损耗结构(1)的金属柱与所述双螺旋金属线连接。
3.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述双螺旋金属线的数量为四个，沿损耗结构(1)中心呈中心对称分布。
4.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，泡沫结构(2)为长方体结构，其材料包括PMI泡沫。
5.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述金属贴片形状为正方形，所述第一金属层与所述第三金属层的所述金属贴片的数量分别为4个。
6.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述双螺旋金属线的直径为2.7mm～2.8mm。
7.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述第一介质层的厚度是1.016mm，介电常数是2.92，损耗正切是0.0025。
8.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述第二介质层和所述第三介质层的厚度均是0.254mm，介电常数是2.2，损耗正切是0.009。
9.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，损耗结构(1)与泡沫结构(2)之间、泡沫结构(2)与所述第二介质层之间、所述第二介质层和所述第三介质层通过0.1mm厚度的半固化片粘接，所述半固化片的规格是RO4450F。
10.如权利要求1所述的小型化吸透一体频率选择结构，其特征在于，所述埋阻结构的方阻为50欧姆/□。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117769235A (zh) * 2023-12-29 2024-03-26 江苏赛博空间科学技术有限公司 一种用于实现电磁波衰减的金属图案功能层结构

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