CN114122743B - 一种单元小型化的吸波/透波装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单元小型化的吸波/透波装置，属于雷达系统的隐身领域，包括多个阵列排布的吸波/透波单元，自上而下包括第一层吸波层、第一介质隔离层、第二层电容层、第二介质隔离层、第三层并联谐振层、第三介质隔离层和第四层电容层；第一层吸波层是包含有第一正方形贴片、曲折铜箔线和中心重叠方形贴片的双面图案层；第二层电容层和第四层电容层均为双面的第二正方形贴片的图案层；第三层并联谐振层是同时带有十字缝隙和方环缝隙的图案层。本发明通过对装置各个组件的形状和布置结构等进行改进的双面设计，使装置具有双极化稳定性和低频的宽吸波带、高频的宽透波带，显著缩小了阵列单元的尺寸，从而保证了雷达罩系统良好的隐身与通信性能。

Description

一种单元小型化的吸波/透波装置

技术领域

本发明属于雷达系统的隐身领域，更具体地，涉及一种单元小型化的吸波/透波装置。

背景技术

现代战争中，如何降低敌方雷达的可探测距离是成果打击威胁目标的关键，为此雷达隐身技术应运而生。天线系统的强散射是武器平台整体雷达散射截面面积(RadarCross Section，RCS)的重要组成部分，为了解决这个问题，采用传统雷达罩加载可以对敌方单站的雷达探测实现很好的隐身效果。但是，它依靠外形优化的技术会引起敌方双站雷达探测的隐身性能恶化，因此无法彻底满足武器平台的隐身需求。

隐身材料技术通过采用雷达吸收材料(Radar Absorbing Material，RAM)来吸收雷达入射能量并减少反射信号，被吸收的能量以欧姆损耗或介质损耗的形式转换为热能耗散。频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)是一种新型的结构型吸收材料，它一类是由相同单元组成的周期阵列。不同拓扑图案的FSS在加载损耗结构后可以实现吸波、透波的频率选择特性，因此也被称为空间中滤波器。

二维的窗口吸收体(Frequency Selective Rasorber，FSR)是由多层频率选择表面级联组成的结构，它能够同时实现一定频段的吸波和透波，因此有潜力被应用于雷达罩的隐身设计中。通常设计的窗口吸收体单元周期较大，因此高频会受到栅瓣的干扰，斜入射性能差；并且较大的单元周期不利于在实际雷达罩的有限大空间中排布尽可能的多的单元个数、不利于曲面共形，所以实际电磁性能并不理想。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单元小型化的吸波/透波装置，其目的在于采用双面覆铜箔构建功能层的方式，能够解决当前窗口吸收体单元周期大、易受高频栅瓣干扰而斜入射性能差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单元小型化的吸波/透波装置，该装置能够实现电磁波的吸收以及电磁波的透射，包括多个阵列排布的吸波/透波单元；

所述吸波/透波单元自上而下依次包括第一层吸波层、第一介质隔离层、第二层电容层、第二介质隔离层、第三层并联谐振层、第三介质隔离层和第四层电容层；

所述第一层吸波层包括第一上覆铜箔板、第一中间介质层和第一下覆铜箔板，所述第一上覆铜箔板包括沿其中心对称设置的曲折铜箔线、中心重叠方形贴片和第一正方形贴片，所述中心重叠方形贴片设有贯穿缝隙，所述缝隙将中心重叠方形贴片分为两部分，所述曲折铜箔线的外侧设有空隙，所述空隙内设有集总电阻；所述下覆铜箔板与所述第一上覆铜箔板结构相同且沿第一上覆铜箔板中心旋转90°设置，以此构成第一层吸波层FSS单元；

所述第二层电容层与所述第四层电容层结构相同，均包括第二上覆铜箔板、第二中间介质层和第二下覆铜箔板，所述第二上覆铜箔板包括第二正方形贴片，所述第二下覆铜箔板包括相对于第二正方形贴片在横向及纵向均偏移半个周期位置的贴片图案，且所述贴片图案与所述第二正方形贴片的四角部分重叠，以此构成第二层电容层FSS单元和第四电容层FSS单元；

所述第三层并联谐振层包括第三上覆铜箔板、第三中间介质层和第三下覆铜箔板，所述第三上覆铜箔板中心设有十字缝隙以及沿所述十字缝隙外部设置的方环缝隙，所述第三下覆铜箔板设有相对于第三上表面层在横向及纵向均偏移半个周期的缝隙，以使第三上覆铜箔板、第三下覆铜箔板的铜箔图案重叠，以此构成第三层并联谐振层FSS单元。

优选地，所述第一层吸波层、所述第二层电容层、第三层并联谐振层和所述第四层电容层均为以中间介质层为基底的双面覆铜箔板；其中，第一中间介质层为玻璃纤维增强环氧树脂材料FR-4，厚度为0.15mm；第二中间介质层为聚酰亚胺有机高分子材料Polymide，厚度为0.025mm；所述第三中间介质层为聚四氟乙烯高频板F4BM265，厚度为0.254mm。

优选地，所述第一介质隔离层、所述第二介质隔离层和所述三介质隔离层均采用芳纶纸蜂窝材料制成。

优选地，所述第一层吸波层中，阵列单元之间任意一个焊接有集总电阻的空隙间距为0.5mm。

优选地，所述第一层吸波层中，所述曲折铜箔线的线宽和间距为0.1～0.2mm；所述中心重叠方形贴片的边长为1.4～1.7mm，所述缝隙的宽度为0.05～0.2mm；第一正方形贴片的边长为1.1～1.3mm；所述集总电阻的阻值为225～300Ω。

优选地，所述第二层电容层与所述第四层电容层中，所述第二正方形贴片的边长为6.55～7mm。

优选地，所述第三层并联谐振层中，所述十字缝隙的宽度为0.25～0.4mm；所述方环缝隙的外边长为5～7mm，其宽度为0.15～0.35mm。

优选地，所述第一层吸波层中任意一个所述第一层吸波层FSS单元的周期为6～8mm；所述第二层电容层中任意一个所述第二层电容层FSS单元的周期为6～8mm；所述第三层并联谐振层中任意一个所述第三层并联谐振层FSS单元的周期为6～8mm；所述第四层电容层中任意一个所述第四电容层FSS单元的周期为6～8mm。

优选地，所述吸波/透波装置整体能够实现微波频段1.5～4.05GHz的电磁波吸收；所述吸波/透波装置能够实现微波频段5.0～7.57GHz的电磁波透射性能。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置，采用双面覆铜箔构建功能层的方式，能够解决当前窗口吸收体单元周期大、易受高频栅瓣干扰而斜入射性能差的问题。本发明通过双面排布阵列单元，在重叠区域产生了较大的平板电容，而这种电容结构占据着更小的面积。同时每个单元中只焊接两个集总电阻，相较于传统设计需要的集总器件数量基本被减少了一半。这些都使得了该窗口吸收体装置的单元周期尺寸只有0.035λL，λL是最低吸波频率1.5GHz时对应的波长，这个量级在现有的窗口吸收体设计领域占据着绝对优势。

2、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置，对多层透波窗口的设计进行改进，所采用的第一层吸波层、第二层电容层(3)、第三层并联谐振层和第四层电容层与现有技术的二维窗口吸收体在功能上具有相似性，这是因为多层FSS的等效电路基本设计原理是普遍通用且固化的。

3、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置，吸波频段针对S波段，通信透波频段针对C波段，设计模式简单、功能层结构统一、易组装、质量轻、成本低、吸波频带低、透波频带宽同时过渡频带窄。通过设计，使得第一层吸波层具有吸波—透波的宽带频率响应特性；而第二层电容层、第二介质隔离层、第三层并联谐振层、第三介质隔离层和第四电容层组合的带通滤波器实现的是反射—透波的频率响应。因此，低频是依靠第一层吸波层上焊接的集总电阻来实现对入射电磁波的损耗吸收；而吸波层和带通滤波器都在5.0～5.57GHz范围内透波。在上述原理功能的基础上，通过双面排布将平板电容引入各个功能层中，从而实现了单元小型化同时能够兼顾灵活、宽带的吸波、透波频带需求，保证了雷达天线系统具有稳定的性能响应。

4、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置，对小型化多层透波窗口的设计改进，一种现有的小型化设计方案是针对低频段透波、高频段吸波的应用，这种应用使得不需要在吸波层上引入并联谐振图案，所以单元结构简单、设计难度很低，容易实现小单元尺寸。另一类窗口吸收体为了在高频段实现透波窗口，吸波层上需要引入并联谐振结构，导致单元图案更加复杂，也因此更难把单元尺寸缩小。针对第二种的小型化设计，当前普遍是通过采用弯曲、折线化的线条或者集总器件来提供单元等效电路中的大电感，以此来缩小单元面积，但只采用这种方式始终无法把单元尺寸进一步突破到更小的量级上(<0.1λL)。本发明也是针对第二类高频段透波的应用，与其他设计不同的是，本发明的出发点是对单元等效电路中电容的小型化设计。因此，通过选择精确的双面层图案设计在吸波层的单元中心位置引入了适用于双极化的中心重叠方形贴片，这种平板电容结构占据更小的面积并能够提供更大的电容值，而它也是首次被应用到窗口吸收体的吸波层设计上。此外通过这种在单元中心的电容加载，在吸波层的单元上，我们首次选用了从边缘到中心位置依次为“电阻-并联谐振图案(电感)-电容”的排布方式，而这种方式使得相邻的两个单元之间共同分享一个集总电阻，因此平均每个单元上只需要有两个集总电阻加载，进一步减小了单元需要的尺寸面积，并且加工更加简便、成本更低。

5、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置，第一层吸波层的设计较为复杂，它可以实现低频吸波、高频透波。在第一层吸波层设计过程中，整个的单元采用带阻型图案排布，集总电阻器件被用于实现低频吸波的欧姆损耗；如上所述，中心重叠的方形贴片结构用于实现等效电路原理中的电容部分；而加载在十字臂上的曲折细线和正对在另一面的正方形贴片分别等效成为电感和平板电容的并联电路，用于实现高频的并联谐振透波。集总电阻被设置在单元间的空隙位置，首先是为了减小电阻器件的数量；其次此处电流分布最强，使得的欧姆损耗吸波效果最佳；此外该位置能够避免高频透波时集中在并联谐振结构的电流流经集总电阻、造成透波段的大插入损耗。中心重叠的方形贴片中间开有缝隙，其目的是为了抑制交叉极化的产生，使之具有极化稳定性。

6、本发明提出的单元小型化的吸波/透波装置可进一步通过控制单元小型化的吸波/透波装置各个功能层的参数，如线宽、边长、电阻、周期大小等，使得第一层吸波层可以具有1.0～5.0GHz吸波、5.0GHz～8.0GHz透波的电磁性能；第二层电容层、第三层并联谐振层和第四层电容层组成带通滤波器，实现1.0～5.0GHz反射和5.0～8.0GHz透波的电磁性能。第一层吸波层中，中心重叠方形贴片的面积、曲折细线的总长和线宽以及集总电阻的阻值影响着1.0～5.0GHz的吸波性能，而曲折细线的总长、线宽和对应在另一面的正方形贴片边长影响着5.0GHz～8.0GHz透波性能。第二层电容层、第三层并联谐振层和第四层电容层组成带通滤波器中，电容层正方形贴片的边长、并联谐振层的方环缝隙和内十字缝隙以及第二层隔离介质、第三层隔离介质的厚度也都将影响1.0～5.0GHz反射和5.0～8.0GHz透波的电磁性能。而由于带通滤波器在低频1.0～5.0GHz反射是充当第一层吸波层的金属底板作用，所以也会影响整体窗口吸收体的1.0～5.0GHz吸波性能。该四层装置通过仿真优化，能够实现目标吸波的微波频段为1.5～4.05GHz，目标透波的微波频段为5.0～7.57GHz。

综上，本发明利用单个单元加载中心平板电容和两个电阻的双面损耗层作为吸波层、并利用三个双面层的带通滤波器作为透波层，既实现了单元结构的小型化，同时还具有的低频吸波和高频透波性能，有利于应用在雷达系统时实现稳定有效的隐身和通信效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中吸波/透波单元的结构示意图；

图2中的(a)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第一层吸波层的结构示意图，图中隐藏了第一中间介质层；

图2中的(b)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第一上覆铜箔板的结构示意图；

图2中的(c)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第一下覆铜箔板的结构示意图；

图3中的(a)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第二电容层和第四电容层的结构示意图，图中隐藏了第二中间介质层；

图3中的(b)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第二上覆铜箔板的结构示意图；

图3中的(c)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第二下覆铜箔板的结构示意图；

图4中的(a)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第三层并联谐振层的结构示意图，图中隐藏了第三中间介质层；

图4中的(b)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第三上覆铜箔板的结构示意图；

图4中的(c)是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第三下覆铜箔板的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第一层吸波层对应的阵列平面示意图，包含有42×42个单元；

图6是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第二层电容层和第四层电容层对应的阵列平面示意图，包含有42×42个单元；

图7是本发明实施例提供的单元小型化的吸波/透波装置中第三层并联谐振层对应的阵列平面示意图，包含有42×42个单元；

图8是本发明实施例1中仿真与测试的S参数特性示意图；

图9是本发明实施例2中仿真与测试的S参数特性示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一层吸波层；2-第一介质隔离层；3-第二层电容层；4-第二介质隔离层；5-第三层并联谐振层；6-第三介质隔离层；7-第四层电容层；8-第一正方形贴片；9-曲折铜箔线；10-中心重叠方形贴片；11-集总电阻；12-第二正方形贴片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提出了一种单元小型化的吸波/透波装置，该装置包括多个阵列排布的吸波/透波单元，所述吸波/透波单元自上而下包括第一层吸波层1、第一介质隔离层2、第二层电容层3、第二介质隔离层4、第三层并联谐振层5、第三介质隔离层6和第四层电容层7。其中，所述第二层电容层3和所述第四层电容层7的结构尺寸完全相同。

如图1、图2和图5所示，所述第一层吸波层1为上表面层+超薄介质基底+下表面层组成的双面覆铜阵列。其中，所述第一上覆铜箔板的单个单元中加工出有按纵向连接的两段曲折铜箔线9、被缝隙分隔开的中心重叠方形贴片10和分别在两侧的第一正方形贴片8，各有一个空隙位于上下相邻单元的连接位置，空隙中焊接有一个集总电阻11。所述第一下覆铜箔板的单个单元中加工出有按横向连接的两端曲折铜箔线、被缝隙分隔开的中心重叠贴片和分布在两侧的正方形贴片，各有一个空隙位于左右相邻单元的连接位置，空隙中焊接有一个集总电阻。以此构成第一层吸波层FSS单元，第一层吸波层FSS单元的周期为6～8mm。

如图1、图3和图6所示，所述第二层电容层3和第四层电容层7为上表面层+超薄介质基底+下表面层组成的双面覆铜阵列。其中，第二上覆铜箔板的单个单元中加工有位于中心位置的第二正方形贴片12，第二下覆铜箔板的单个单元中加工的正方形贴片位置同时向横向、纵向偏移了半个周期，以此构成第二层电容层FSS单元和第四层电容层FSS单元，所述第二层电容层FSS单元和第四层电容层FSS单元的周期均为6～8mm。

如图1、图4和图7所示，所述第三层并联谐振层5为上表面层+超薄介质基底+下表面层组成的双面覆铜阵列。其中，第三上覆铜箔板的单个单元中加工有位于中心内部的十字缝隙和外部的方环缝隙，第三下覆铜箔板的单个单元中十字缝隙和方环缝隙的位置整体向横向、纵向偏移了半个周期，以此构成第三层并联谐振层FSS单元，所述第三层并联谐振层FSS单元的周期为6～8mm。

更进一步的说明，所述第一层吸波层1采用的超薄介质基底为玻璃纤维增强环氧树脂材料(FR-4)，厚度为0.15mm；所述第二层电容层3和所述第四层电容层7所采用的超薄介质基底为聚酰亚胺有机高分子材料(Polymide)，厚度为0.025mm；所述第三并联谐振层5所采用的超薄介质基底为聚四氟乙烯高频板(F4BM265)，厚度为0.254mm；所述第一介质隔离层2、所述第二介质隔离层4和所述第三介质隔离层6均是采用芳纶纸蜂窝材料。

更进一步的说明，所述第一正方形贴片8、曲折铜箔线9、中心重叠方形贴片10、第二正方形贴片12、十字缝隙和方环缝隙均为金属铜制备的薄片；单元间焊接的集总电阻11的空隙为0.5mm。通过印制电路板(PCB)的加工技术，在双面覆铜板上分别加工出第一层吸波层金属铜图案、第二层电容层图案、第三层并联谐振层图案和第四层电容层图案，然后在空隙中焊接特定阻值的集总电阻，构成响应的吸波层FSS单元阵列。将所得的各双面FSS单元阵列依次通过相应的介质隔离层级联放置，组成整体单元小型化的吸波/透波装置。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图2中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，所述第一层吸波层1是一个双面的覆铜箔板，铜箔的上下表面分别加工出按行列周期排布的单元图案。上下表面的图案在相邻周期位置设置有一个空隙，空隙宽度为0.5mm，任意一个空隙中焊接集总电阻11的阻值为145Ω。单元的中心位置有中心重叠方形贴片10，中心重叠方形贴片10被宽度为0.1mm的缝隙分为两部分，每一部分的长边为1.6mm，短边为0.75mm。每一面曲折铜箔线9的线宽和间距都是0.1mm，单个曲折铜箔线弯折了7次，总长度为25.2mm。曲折铜箔线距中心重叠方形贴片10的距离为0.2mm，通过合理分配长度使得上下表面的曲折铜箔线不发生重叠。曲折铜箔线9的相对表面上有一个第一正方形贴片8，其边长为1.2mm，第一正方形贴片8距中心重叠方形贴片10的距离为0.4mm。将中心重叠方形贴片、曲折铜箔线和集总电阻连接起来的导线宽度为0.4mm，第一层吸波层1使用的超薄介质基底为玻璃纤维增强环氧树脂材料(FR-4)，厚度为0.15mm。中心重叠方形贴片、曲折铜箔线、集总电阻和连接导线构成的第一层吸波层FSS单元的单元周期为7mm。第一介质隔离层2材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为20mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角正切为0.0017。

如图3中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，第二层电容层3和第四层电容层7均为双面的覆铜箔板，基地板上下表面各加工有按行列周期排布的第二正方形贴片12，但下表面的阵列图案相对上表面行列都偏移了半个周期。第二正方形贴片12的边长为3.815mm，所使用的超薄介质基底为聚酰亚胺有机高分子材料(Polymide)，厚度为0.025mm。第二层电容层、第四层电容层的FSS单元周期为7mm。第二介质隔离层4材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为2.3mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角正切为0.0017。

如图4中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，基底板的上下表面都加工有按行列周期排布的内十字缝隙和外方环缝隙，但下表面阵列图案相对于上表面行列都偏移了半个周期。内十字缝隙的缝隙线宽为0.3mm，长度为4mm，外方环缝隙的缝隙宽度为0.2mm，方环外边长为6mm，所使用的超薄介质基底为聚四氟乙烯高频板(F4BM265)，厚度为0.254mm。该外方环缝隙和内十字缝隙构成的FSS单元周期为7mm。第三介质隔离层6材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为2.3mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角为0.0017。

在商业电磁仿真软件ANSYS公司的HFSS19.0对实施例1进行了仿真，同时还在微波暗室中对该实施例进行了反射率/透射率的测量，其对应的S参数结果如图8所示。图中横轴为频率，纵轴为S参数。小型化的窗口吸收体在1.65～4.47GHz实现-10dB吸波效果，在4.73～7.74GHz实现-3dB的透波性能。

实施例2

如图2中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，所述第一层吸波层1是一个双面的覆铜箔板，铜箔的上下表面分别加工出按行列周期排布的单元图案。上下表面的图案在相邻周期位置设置有一个空隙，空隙宽度为0.5mm，任意一个空隙中焊接集总电阻11的阻值为145Ω。单元的中心位置有中心重叠方形贴片10，中心重叠方形贴片10被宽度为0.1mm的缝隙分为两部分，每一部分的长边为1.8mm，短边为0.85mm。每一面曲折铜箔线9的线宽和间距都是0.1mm，单个曲折铜箔线弯折了10次，总长度为39.5mm。曲折铜箔线距中心重叠方形贴片10的距离为0.2mm，通过合理分配长度使得上下表面的曲折铜箔线不发生重叠。曲折铜箔线9的相对表面上有一个第一正方形贴片8，其边长为1.2mm，第一正方形贴片8距中心重叠方形贴片10的距离为0.3mm。将中心重叠方形贴片、曲折铜箔线和集总电阻连接起来的导线宽度为0.4mm，第一层吸波层1使用的超薄介质基底为玻璃纤维增强环氧树脂材料(FR-4)，厚度为0.15mm。中心重叠方形贴片、曲折铜箔线、集总电阻和连接导线构成的第一层吸波层FSS单元的单元周期为8mm。第一介质隔离层2材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为26mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角正切为0.0017。

如图3中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，第二层电容层3和第四层电容层7均为双面的覆铜箔板，基地板上下表面各加工有按行列周期排布的第二正方形贴片12，但下表面的阵列图案相对上表面行列都偏移了半个周期。第二正方形贴片12的边长为3.8mm，所使用的超薄介质基底为聚酰亚胺有机高分子材料(Polymide)，厚度为0.025mm。第二层电容层、第四层电容层的FSS单元周期为8mm。第二介质隔离层4材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为2.6mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角正切为0.0017。

如图4中的(a)(b)(c)所示，本实施例中，基底板的上下表面都加工有按行列周期排布的内十字缝隙和外方环缝隙，但下表面阵列图案相对于上表面行列都偏移了半个周期。内十字缝隙的缝隙线宽为0.2mm，长度为5mm，外方环缝隙的缝隙宽度为0.2mm，方环外边长为6.4mm，所使用的超薄介质基底为聚四氟乙烯高频板(F4BM265)，厚度为0.254mm。该外方环缝隙和内十字缝隙构成的FSS单元周期为8mm。第三介质隔离层6材质为芳纶纸蜂窝材料，厚度为2.3mm，相对介电常数为1.07，介电损耗角为0.0017。

在商业电磁仿真软件ANSYS公司的HFSS19.0对实施例1进行了仿真，同时还在微波暗室中对该实施例进行了反射率/透射率的测量，其对应的S参数结果如图8所示。图中横轴为频率，纵轴为S参数。小型化的窗口吸收体在1.17～3.24GHz实现-10dB吸波效果，在3.56～6.34GHz实现-3dB的透波性能。

本发明单元小型化的吸波/透波装置的吸波、透波性能可根据实际需求进行调整，以第一层吸波层为例，根据透波谐振点计算公式

其中透波性能是由公式中电感值L和电容值C两者乘积所决定的，而该并联谐振点由曲折铜箔线和第一正方形贴片构成。因此调节透波频点的方法有：1、保持曲折铜箔线长度不变而增大第一正方形贴片的面积；2、第一正方形贴片大小不变而调整曲折铜箔线总长或者调整曲折铜箔线的线宽、间距。而对于吸波频段的调整需要调整中心重叠方形贴片的面积以及曲折铜箔线的长度，当然由于吸波体传输线的区配原理限制，对应不同吸波频段所需要的第二介质隔离层的厚度也应当调整为相应的四分之一波长。

本发明中第一层吸波层、第二层电容层、第三层并联谐振层和第四层电容层的双面上图案均为金属铜制备的薄片。本发明所采用的各种材料，如玻璃纤维增强环氧树脂材料(FR-4)、聚酰亚胺有机高分子材料(Polymide)、聚四氟乙烯高频板(F4BM265)和芳纶纸蜂窝材料等，均可采用市售材料。除上述实施例外，本发明也可以采用其他相对介电常数、介电损耗角、相对磁导率、磁损耗角变化不大的介质材料作为衬底；各层层结构的周期还可以是6～9mm范围内的其他值，周期值变化，装置整体性能也会相应改变。此外，4个功能层结构的周期可以互不相同，可相应的进行仿真。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单元小型化的吸波/透波装置，该装置能够实现电磁波的吸收以及电磁波的透射，其特征在于，所述装置包括多个阵列排布的吸波/透波单元；

所述吸波/透波单元自上而下依次包括第一层吸波层(1)、第一介质隔离层(2)、第二层电容层(3)、第二介质隔离层(4)、第三层并联谐振层(5)、第三介质隔离层(6)和第四层电容层(7)；

所述第一层吸波层(1)包括第一上覆铜箔板、第一中间介质层和第一下覆铜箔板，所述第一上覆铜箔板包括沿其中心对称设置的曲折铜箔线(9)、中心重叠方形贴片(10)和第一正方形贴片(8)，所述中心重叠方形贴片(10)设有贯穿缝隙，所述缝隙将中心重叠方形贴片(10)分为两部分，所述曲折铜箔线(9)的外侧设有空隙，所述空隙内设有集总电阻(11)；所述下覆铜箔板与所述第一上覆铜箔板结构相同且沿第一上覆铜箔板中心旋转90°设置，以此构成第一层吸波层FSS单元；

所述第二层电容层(3)与所述第四层电容层(7)结构相同，均包括第二上覆铜箔板、第二中间介质层和第二下覆铜箔板，所述第二上覆铜箔板包括第二正方形贴片(12)，所述第二下覆铜箔板包括相对于第二正方形贴片在横向及纵向均偏移半个周期位置的贴片图案，且所述贴片图案与所述第二正方形贴片(12)的四角部分重叠，以此构成第二层电容层FSS单元和第四电容层FSS单元；

所述第三层并联谐振层(5)包括第三上覆铜箔板、第三中间介质层和第三下覆铜箔板，所述第三上覆铜箔板中心设有十字缝隙以及沿所述十字缝隙外部设置的方环缝隙，所述第三下覆铜箔板设有相对于第三上表面层在横向及纵向均偏移半个周期的缝隙，以使第三上覆铜箔板、第三下覆铜箔板的铜箔图案重叠，以此构成第三层并联谐振层FSS单元。

2.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第一层吸波层(1)、所述第二层电容层(3)、第三层并联谐振层(5)和所述第四层电容层(7)均为以中间介质层为基底的双面覆铜箔板；其中，第一中间介质层为玻璃纤维增强环氧树脂材料制成，厚度为0.15mm；第二中间介质层为聚酰亚胺有机高分子材料制成，厚度为0.025mm；所述第三中间介质层为聚四氟乙烯高频板制成，厚度为0.254mm。

3.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第一介质隔离层(2)、所述第二介质隔离层(4)和所述三介质隔离层(6)均采用芳纶纸蜂窝材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第一层吸波层(1)中，阵列单元之间任意一个焊接有集总电阻(11)的空隙间距为0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第一层吸波层(1)中，所述曲折铜箔线(9)的线宽和间距为0.1～0.2mm；所述中心重叠方形贴片(10)的边长为1.4～1.7mm，所述缝隙的宽度为0.05～0.2mm；第一正方形贴片(8)的边长为1.1～1.3mm；所述集总电阻(11)的阻值为225～300Ω。

6.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第二层电容层(3)与所述第四层电容层(7)中，所述第二正方形贴片(12)的边长为6.55～7mm。

7.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第三层并联谐振层(5)中，所述十字缝隙的宽度为0.25～0.4mm；所述方环缝隙的外边长为5～7mm，其宽度为0.15～0.35mm。

8.根据权利要求1所述的一种单元小型化的吸波/透波装置，其特征在于，所述第一层吸波层(1)中任意一个所述第一层吸波层FSS单元的周期为6～8mm；所述第二层电容层(3)中任意一个所述第二层电容层FSS单元的周期为6～8mm；所述第三层并联谐振层(5)中任意一个所述第三层并联谐振层FSS单元的周期为6～8mm；所述第四层电容层(7)中任意一个所述第四电容层FSS单元的周期为6～8mm。

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