CN115395239B - 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构 - Google Patents

一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构 Download PDF

Info

Publication number
CN115395239B
CN115395239B CN202210993053.2A CN202210993053A CN115395239B CN 115395239 B CN115395239 B CN 115395239B CN 202210993053 A CN202210993053 A CN 202210993053A CN 115395239 B CN115395239 B CN 115395239B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fss
tripolar
pattern
triode
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210993053.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115395239A (zh
Inventor
侯新宇
蒋奇西
刘华斌
柳泽林
陈睿哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Weishen Equipment Technology Co ltd
Original Assignee
Guangdong Weishen Equipment Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Weishen Equipment Technology Co ltd filed Critical Guangdong Weishen Equipment Technology Co ltd
Priority to CN202210993053.2A priority Critical patent/CN115395239B/zh
Publication of CN115395239A publication Critical patent/CN115395239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115395239B publication Critical patent/CN115395239B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01Q15/0026—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 said selective devices having a stacked geometry or having multiple layers
    • 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
    • H01Q15/0053—Selective devices used as spatial filter or angular sidelobe filter

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元和FSS结构，涉及滤波器技术领域；包括自上而下依次层叠的第一外蒙皮、FSS金属膜、有机高分子衬底和第二外蒙皮，所述FSS金属膜和有机高分子衬底组合构成FSS电感层，所述FSS金属膜中刻蚀有由复合三极子单元构成的图案。本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，刻蚀有复合三极子单元的FSS电感层能提供两个谐振频率，实现Ku和Ka波段内优良的传输特性，且这两个波段的具有很高的角度稳定性。同时本发明的FSS单元，两侧均采用了力学性能较强的外蒙皮材料，能有效保护FSS电感层，有效抵御外界自然环境的影响和免受力学冲击的破坏。

Description

一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元和FSS结构
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，具体涉及一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元和FSS结构。
背景技术
频率选择表面（FSS）是伴随飞行器雷达截面（RCS）减缩而发展的军事前沿技术。FSS基于周期阵列的谐振效应，通过与复合材料的层叠结构设计，可实现对不同频率电磁波的传输、反射、甚至吸收。FSS技术既以电磁波理论、微波传输理论为理论基础，也与微电子技术及复合材料技术密切相关，是一项综合性的技术。几十年来，随着FSS研究的不断深入，其在微波、毫米波、甚至红外波段的应用范围不断扩大。当前包括飞行器、舰船等多种装备对FSS技术不断提出新的需求。带通雷达罩是FSS技术最重要的军事用途之一。它能保证工作频率的信号通过，将无用或有害频率的信号屏蔽或吸收，是解决飞机、飞行器、军舰等武器平台上有源探测设备电磁屏蔽问题的最重要的技术。
随着多频通信、多频探测和孔径集成技术的发展，实际应用对双频带通FSS的需求日益强烈，但相关研究以计算机仿真居多，工程应用考虑偏少。在FSS设计方面，一般采用单屏FSS单元图案复合技术、分形技术和多屏FSS 级联技术等。分形结构需要高度的迭代，并且难以加工精度高的FSS。多屏级联技术结构具有好的角度稳定性和极化稳定性，但结构复杂、重量重、体积大。也有研究者提出了一些较为新颖的结构单元，但几乎所有研究都没有充分考虑到周期结构高次谐波效应所引起的栅瓣问题，因此带内传输性能和带外截止性能都不是很理想。而由于雷达罩是集电气性能、结构强度、气动外形和特殊功能要求于一体的功能结构件，在实际应用中往往具有复杂的流线型结构，从已公开的结果来看，大部分的研究结果距离工程应用的要求尚存在差距。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，带内传输性能优异，且能有效抵御外界自然环境的影响，免受力学冲击的破坏。
本发明的目的之二在于提供一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，其可实现Ku和Ka波段内优良的传输特性，稳定性高。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，包括自上而下依次层叠的第一外蒙皮、FSS金属膜、有机高分子衬底和第二外蒙皮，所述FSS金属膜和有机高分子衬底组合构成FSS电感层，所述FSS金属膜中刻蚀有由复合三极子单元构成的图案。
进一步地，所述第一外蒙皮和第二外蒙皮的介电常数均为ε1，厚度为H1，所述有机高分子衬底的介电常数为ε2，厚度为H3，且1≤ε2≤ε1≤5，0≤H3≤H1≤10mm。
进一步地，所述第一外蒙皮和第二外蒙皮的材料均为石英纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、高硼纤维、氰酸酯树脂（CE）、环氧树脂（EP）、聚酰亚胺（PI）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的一种或两种以上。
进一步地，所述有机高分子衬底的材料为合成纤维、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚酰亚胺（PI）、聚碳酸酯（PC）中的一种或两种以上。
进一步地，所述FSS金属膜的材料为金、银和铜中的任一种。
进一步地，所述复合三极子单元包括异型三极子单元和直条型三极子单元。
进一步地，所述异型三极子单元包括三条结构相同的棱边结构，所述棱边结构具有共同端点且等距排列，所述棱边结构中设有矩形块；所述直条型三极子单元包括三条结构相同的具有共同端点且等距排列的棱条。
进一步地，所述棱边结构包括依次连接的延伸部、矩形块和连接部，所述延伸部的长度记为L1，所述矩形块的长度记为L2，所述连接部的长度记为L3，其长度比为L1：L2：L3=5-7：4-6：8-12。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，包括多个所述的基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，电感性带通型FSS单元呈周期排列。
进一步地，FSS金属膜包括由多个复合三极子单元周期排列构成的图案，所述复合三极子单元包括异型三极子单元和直条型三极子单元，相邻的异型三极子单元之间设有直条型三极子单元。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，两侧均采用了力学性能较强的外蒙皮材料，能有效保护FSS电感层，有效抵御外界自然环境的影响和免受力学冲击的破坏。
本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，刻蚀有复合三极子单元的FSS电感层能提供两个谐振频率，实现Ku和Ka波段内优良的传输特性，且这两个波段的具有很高的角度稳定性。仿真结果表明，本发明在Ku波段实现一个通带，最小传输损耗为0.4dB；在Ka波段实现一个通带，最小传输损耗为0.55dB。
附图说明
图1是本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构的剖视图。
图2是本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构的结构示意图。
图3是本发明的图2中异型三极子单元的结构示意图。
图4是本发明的图2中直条型三极子单元的结构示意图。
图5是本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构在不同入射角度下传输曲线图。
其中，1、第一外蒙皮；2、FSS金属膜；3、有机高分子衬底；4、第二外蒙皮；5、异型三极子单元；51、延伸部；52、矩形块；53、连接部；6、直条型三极子单元。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，如图1所示，包括多个周期排列的基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其自上而下依次层叠的第一外蒙皮1、FSS金属膜2、有机高分子衬底3和第二外蒙皮4，所述FSS金属膜2和有机高分子衬底3组合构成FSS电感层，所述FSS金属膜2中化学刻蚀有由复合三极子单元构成的图案。
本实施例中，第一外蒙皮1和第二外蒙皮4采用了石英纤维/氰酸酯树脂复合材料，其对应的介电常数为3.1×(1-j0.007)；FSS金属膜2采用铜膜，其厚度H2=0.02mm；有机高分子衬底3采用了聚酰亚胺，所对应的介电常数为3.0×(1-j0.003)，第一外蒙皮1和第二外蒙皮4的厚度H1为1mm，有机高分子层的厚度H3为0.02mm。
如图2-4所示，所述复合三极子单元包括异型三极子单元5和直条型三极子单元6，相邻的异型三极子单元5之间设有直条型三极子单元6。所述异型三极子单元5包括三条结构相同的棱边结构，所述棱边结构具有共同端点且等距排列，所述棱边结构中设有矩形块52，所述棱边结构包括依次连接的延伸部51、矩形块52和连接部53，所述延伸部51的长度L1＝0.6mm，所述矩形块52的长度L2＝0.5mm，矩形块52的宽度W2＝0.8mm，所述连接部53的长度L3＝1mm，线宽W1＝0.1mm；所述直条型三极子单元6包括三条结构相同的具有共同端点且等距排列的棱条，棱条的长度L4＝1.2mm，其线宽W3＝0.1mm。通过异型三极子单元5和直条型三极子单元6的配合，解决周期结构高次谐波效应所引起的栅瓣问题。
其制备方法按设计顺序将第一外蒙皮1、FSS金属膜2、有机高分子衬底3和第二外蒙皮4堆叠成平板模型；在压力0.1MPa、温度180℃的固化周期下，采用热压罐方法进行固化，得到基于三极子图案的电感性带通型FSS结构样件。
本发明的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，刻蚀有复合三极子单元的FSS电感层能提供两个谐振频率，实现Ku和Ka波段内优良的传输特性，且这两个波段的具有很高的角度稳定性。
实施例2
本实施例的电感性带通型FSS结构的具体结构与实施例1相同，不同点是：
参照图1，本实施例的第一外蒙皮1和第二外蒙皮4采用了玻璃纤维/环氧树脂复合材料，其对应的介电常数为4.5×(1-j0.007)；FSS金属膜2采用银膜，其厚度H2=0.02mm；有机高分子衬底3采用了聚对苯二甲酸乙二酯，所对应的介电常数为3.3×(1-j0.003)，第一外蒙皮1和第二外蒙皮4的厚度H1为1.2mm，有机高分子层的厚度H3为0.03mm。
实施例3
本实施例的电感性带通型FSS结构的具体结构与实施例1相同，不同点是：
参照图1，本实施例的第一外蒙皮1和第二外蒙皮4采用了高硼纤维/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，其对应的介电常数为3.6×(1-j0.007)；FSS金属膜2采用金膜，其厚度H2=0.02mm；有机高分子衬底3采用了聚丙烯，所对应的介电常数为2.9×(1-j0.003)，第一外蒙皮1和第二外蒙皮4的厚度H1为0.8mm，有机高分子层的厚度H3为0.02mm。
性能测试
利用商业仿真软件CST-2019对本发明实施例1的基于三极子图案的电感性带通型FSS结构在2～40GHz频段内入射电磁波的传输率进行仿真计算，第一外蒙皮1的上端面为电磁波入射分界面，测试的入射角分别为0°、30°、45°和60°，结果如图5所示。
仿真结果表明，本发明的FSS结构在Ku波段实现一个通带，最小传输损耗为0.4dB；在Ka波段实现一个通带，最小传输损耗为0.55dB，且两个波段的具有很高角度稳定性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于，包括自上而下依次层叠的第一外蒙皮、FSS金属膜、有机高分子衬底和第二外蒙皮，所述FSS金属膜和有机高分子衬底组合构成FSS电感层，所述FSS金属膜中刻蚀有由复合三极子单元构成的图案;
所述复合三极子单元包括异型三极子单元和直条型三极子单元；所述异型三极子单元包括三条结构相同的棱边结构，所述棱边结构具有共同端点且等距排列，所述棱边结构中设有矩形块；所述直条型三极子单元包括三条结构相同的具有共同端点且等距排列的棱条。
2.如权利要求1所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于：所述第一外蒙皮和第二外蒙皮的介电常数均为ε1，厚度为H1，所述有机高分子衬底的介电常数为ε2，厚度为H3，且1≤ε2≤ε1≤5，0≤H3≤H1≤10mm。
3.如权利要求1或2所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于：所述第一外蒙皮和第二外蒙皮的材料均为石英纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、高硼纤维、氰酸酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上。
4.如权利要求1或2所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于：所述有机高分子衬底的材料为合成纤维、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚碳酸酯中的一种或两种以上。
5.如权利要求1所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于：所述FSS金属膜的材料为金、银和铜中的任一种。
6.如权利要求1所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，其特征在于：所述棱边结构包括依次连接的延伸部、矩形块和连接部，所述延伸部的长度记为L1，所述矩形块的长度记为L2，所述连接部的长度记为L3，其长度比为L1：L2：L3=5-7：4-6：8-12。
7.一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，其特征在于：包括多个权利要求1-5任一项所述的基于三极子图案的电感性带通型FSS单元，电感性带通型FSS单元呈周期排列。
8.如权利要求7所述的一种基于三极子图案的电感性带通型FSS结构，其特征在于：FSS金属膜包括由多个复合三极子单元周期排列构成的图案，所述复合三极子单元包括异型三极子单元和直条型三极子单元，相邻的异型三极子单元之间设有直条型三极子单元。
CN202210993053.2A 2022-08-18 2022-08-18 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构 Active CN115395239B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210993053.2A CN115395239B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210993053.2A CN115395239B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115395239A CN115395239A (zh) 2022-11-25
CN115395239B true CN115395239B (zh) 2023-09-29

Family

ID=84120755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210993053.2A Active CN115395239B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115395239B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008047594A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Mitsubishi Cable Ind Ltd 電波吸収体および電波遮蔽体
JP2008103849A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Mitsubishi Cable Ind Ltd 周波数選択膜
JP2008252046A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujimori Kogyo Co Ltd 周波数選択遮蔽型の電磁波シールド積層体
CN112350066A (zh) * 2020-10-28 2021-02-09 北京环境特性研究所 一种滤波结构及雷达天线罩
CN112838375A (zh) * 2021-01-04 2021-05-25 北京环境特性研究所 一种X、Ku双频段透波的频率选择结构
CN213425200U (zh) * 2020-12-21 2021-06-11 铜川煜力机械制造有限公司 一种Ku/Ka波段表现带通性能的A夹层宽带天线罩
CN113285242A (zh) * 2021-02-02 2021-08-20 上海大学 基于耶路撒冷十字图案的电阻性fss宽带吸波结构及其fss单元

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900763B2 (en) * 2002-07-11 2005-05-31 Harris Corporation Antenna system with spatial filtering surface

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008047594A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Mitsubishi Cable Ind Ltd 電波吸収体および電波遮蔽体
JP2008103849A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Mitsubishi Cable Ind Ltd 周波数選択膜
JP2008252046A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujimori Kogyo Co Ltd 周波数選択遮蔽型の電磁波シールド積層体
CN112350066A (zh) * 2020-10-28 2021-02-09 北京环境特性研究所 一种滤波结构及雷达天线罩
CN213425200U (zh) * 2020-12-21 2021-06-11 铜川煜力机械制造有限公司 一种Ku/Ka波段表现带通性能的A夹层宽带天线罩
CN112838375A (zh) * 2021-01-04 2021-05-25 北京环境特性研究所 一种X、Ku双频段透波的频率选择结构
CN113285242A (zh) * 2021-02-02 2021-08-20 上海大学 基于耶路撒冷十字图案的电阻性fss宽带吸波结构及其fss单元

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
圆孔与三极子组合单元频率选择表面研究;曲宝龙;;科学技术与工程(第34期);全文 *
曲线三极子频率选择表面单元;王立超;;微波学报(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115395239A (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mosallaei et al. A one-layer ultra-thin meta-surface absorber
EP2251932B1 (en) Artificial medium
CN107508017B (zh) 一种带吸型宽带频率选择结构及其应用
CN107257035B (zh) 一种微波波段极化不敏感的六频带超材料吸波体
Luo et al. Extending the bandwidth of electric ring resonator metamaterial absorber
CN107317108B (zh) 基于螺旋结构的雷达天线罩吸收体
CN106935970B (zh) 超材料结构、天线罩、天线系统和形成夹层结构的方法
CN104993226A (zh) 一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线
CN109742554B (zh) 一种双频Ku波段圆极化敏感吸波器
CN102769160B (zh) 双通带透波材料及其天线罩和天线系统
CN205303676U (zh) 超材料结构、天线罩和天线系统
CN102760962A (zh) 宽频透波超材料及其天线罩和天线系统
CN115395239B (zh) 一种基于三极子图案的电感性带通型fss单元和fss结构
CN202487770U (zh) 宽频带超材料天线罩及天线系统
Abdalla Experimental verification of a triple band thin radar absorber metamaterial for oblique incidence applications
CN114466581B (zh) 一种多级波纹吸波材料及其制备方法和应用
CN113394568A (zh) 新型超高吸收率超材料吸波体、吸波单元及吸波结构
CN115296040A (zh) 一种电阻加载正六边形环超宽带吸波结构
CN103296452A (zh) 可选择性透波的超材料及天线罩
Sun et al. Simulation research of band-pass frequency selective surfaces (FSS) radome
Zhao et al. Millimeter Wave Fuze Radome Design Based Bandpass Frequency Selective Surface
CN220439893U (zh) 一种透射散射一体化的频率选择表面
Ma et al. Design of band-stop frequency selective surface structure with large and stable reflection band
Chandra et al. A transmissive type dual band cross polarization converter metasurface for IoT applications
Ma et al. Square loop frequency selective surface with wide-passband properties using multi-period structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant