CN211829208U - 频率选择吸波体 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种频率选择吸波体，包括：吸波层，包括第一介质板以及设置在第一介质板上的金属条带，金属条带包括方环条带、以及自方环条带各侧边向环外延伸的T型条带，方环条带各侧边向环内延伸设置有微条带，且方环条带的各侧边上分别设置有电阻；透波层，其与吸波层彼此隔离，透波层包括第二介质板以及设置在第二介质板上的金属层，金属层上开设有位于其中心的十字形槽、自十字形槽四周分别弯折延伸的延伸槽、以及分别连接在延伸槽末端的矩形槽。本实用新型的优点包括所设计的吸波带在X波段和Ku波段，并兼具小尺寸与超宽带的特点，同时制作过程简单。

Description

频率选择吸波体

技术领域

本实用新型属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种频率选择吸波体。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)是大量无源谐振单元按照一定规律排列成的二维周期性阵列结构，对电磁波具有频率选择和极化选择的特性，常常被称为“空间滤波器”。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现反射(贴片型)或传输(孔径型)特性，于是通常有“带阻型”和“带通型”之分，其工作在不同状态下的不同应用场景具有很高的实际工程应用价值，对进一步设计的研究有重要的意义。“带通型”频率选择表面在军事上通常被广泛应用为飞行器的雷达罩，以缩减雷达散射截面(RCS)。

吸收/透射频率选择表面(ATFSS)，由于其在一定的通带中对入射电磁波的透过性和在通带外具有吸收性的特性，不同于传统的频率选择表面，近年来已经引起了越来越多的关注。它通常被称为频率选择性吸收体(Frequency Selective Rasorber，FSR)，它是雷达罩和吸收体一词的组合，因此也可以被视为具有透波窗口的雷达吸收体。从电磁学方面来看，吸波体不影响正常的工作信号的传输，且具有很强的吸波效果。ATFSS可用于减小宽频带上的隐形天线罩的雷达横截面(RCS)或减少组成大型通信系统的不同子系统之间的相互干扰。理想情况下，低RCS天线罩可以传输带内波并吸收传入的带外波，这是ATFSS的独特特征。

现有的频率选择表面，都是在介质基板上印刷各种金属结构，工作原理是基于金属结构周期性阵列的电磁谐振理论。根据所检索到的文献，目前大部分所设计的频率选择吸波体，无法同时满足良好的透过性与宽吸波带的特性。

文献(Chen,Q.,et al.(2015)."A Miniaturized Absorptive FrequencySelective Surface."IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 14:80-83.)设计了一种小型化的频率选择表面，在0.92GHz附近透波，插入损耗为-0.5dB，在2.8-9GHz吸波，吸波频率在90％以上。但吸波频段在S和C波段，吸波频带较低。

文献(Yi,B.,et al.(2016)."Design of miniaturized and ultrathinabsorptive/transmissive radome with wideband absorbing property."Microwaveand Optical Technology Letters 58(8):1870-1875.)设计吸波频段在5.3-14.8GHz，通带频率可以通过简单地加载不同的电容而不影响吸收特性来调节，但调剂到高频时，吸波效果会较差，且会有一定的光栅波瓣出现。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种频率选择吸波体。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种频率选择吸波体，以解决现有技术中无法同时满足良好的透过性与宽吸波带的特性的问题。

为了实现上述目的，本实用新型一实施例提供的频率选择吸波体包括：

吸波层，包括第一介质板以及设置在所述第一介质板上的金属条带，所述金属条带包括方环条带、以及自所述方环条带各侧边向环外延伸的T型条带，所述方环条带各侧边向环内延伸设置有微条带，且所述方环条带的各侧边上分别设置有电阻；

透波层，其与所述吸波层彼此隔离，所述透波层包括第二介质板以及设置在所述第二介质板上的金属层，所述金属层上开设有位于其中心的十字形槽、自所述十字形槽四周分别弯折延伸的延伸槽、以及分别连接在所述延伸槽末端的矩形槽，其中，所述延伸槽被构造为使其两侧的金属层配合呈叉指状。

进一步，所述T型条带包括与所述方环条带各侧边垂直连接的第一条带以及与所述第一条带垂直连接的第二条带。

进一步，所述第一条带将所述方环条带各侧边等分，所述微条带与所述电阻分别设于所述第一条带的两侧。

进一步，所述第一条带的长度为1mm，宽度为0.4mm；所述第二条带的长度为4.5mm，宽度为0.5mm。

进一步，所述方环条带的边长为5mm，宽度为0.5mm。

进一步，所述微条带垂直于所述方环条带各侧边，其长度为1.2mm，宽度为0.15mm。

进一步，所述电阻的阻值为100欧姆；和/或，所述延伸槽的宽度为0.1mm，其延伸长度为3mm。

进一步，所述第一介质板与所述第二介质板之间的距离为4mm。

进一步，所述矩形槽长度为3.8mm，宽度为0.7mm。

进一步，所述第一介质板以及所述第二介质板的厚度为0.813mm，长度为10mm。

与现有技术相比，本实用新型所提供的频率选择吸波体的优点在于：所设计的频率选择吸波体透波层位于吸波层下方，吸波层在X波段和Ku波段，并兼具小尺寸与超宽带的特点，同时制作过程简单。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本申请一实施方式中频率选择吸波体的立体图；

图2是本申请一实施方式中频率选择吸波体吸波层的平面图；

图3是本申请一实施方式中频率选择吸波体透波层的平面图；

图4是本申请一实施方式中频率选择吸波体设计步骤流程图；

图5是本申请一实施方式中频率选择吸波体的等效电路模型图；

图6是本申请一实施方式中频率选择吸波体的等效电路与仿真曲线的对比图；

图7是本申请一实施方式中频率选择吸波体仿真参数结果显示图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参照图1所示，本实用新型提供一种频率选择吸波体，包括：吸波层1以及透波层2。透波层2与吸波层1彼此隔离，透波层2位于吸波层1下方。

参照图2所示，吸波层1包括第一介质板11以及设置在第一介质板11上的金属条带，该金属条带包括方环条带12、以及自方环条带12各侧边向环外延伸的T型条带13。优选的，方环条带的边长为5mm，宽度为0.5mm。

一实施例中，T型条带13包括与方环条带12各侧边垂直连接的第一条带131以及与第一条带131垂直连接的第二条带132。优选的，第一条带131的长度为1mm，宽度为0.4mm。第二条带132的长度为4.5mm，宽度为0.5mm。

方环条带12各侧边向环内延伸设置有微条带14，且方环条带12的各侧边上分别设置有电阻15。微条带14垂直于方环条带12各侧边。优选的，其长度为1.2mm，宽度为0.15mm。

一实施例中，第一条带131将方环条带各侧边等分，微条带14与电阻15分别设于第一条带131的两侧。优选的，电阻15的阻值为100欧姆。

参照图3所示，透波层2包括第二介质板21以及设置在第二介质板21上的金属层22，金属层22上开设有位于其中心的十字形槽221、自所述十字形槽221四周分别弯折延伸的延伸槽222、以及分别连接在延伸槽222末端的矩形槽223，其中，延伸槽222被构造为使其两侧的金属层22配合呈叉指状。优选的，延伸槽222的宽度为0.1mm，延伸长度为3mm。矩形槽223长度为3.8mm，宽度为0.7mm。

优选的，第一介质板11与第二介质板21之间的距离为4mm。

优选的，第一介质板11以及第二介质板21的厚度为0.813mm，长度为10mm。

本实用新型所提供的频率选择吸波体的优点在于：所设计的频率选择吸波体透波层位于吸波层下方，吸波层在X波段和Ku波段，并兼具小尺寸与超宽带的特点，同时制作过程简单。

参照图4所示，本实用新型所提供一种频率选择吸波体的设计步骤如下：

步骤1：根据频率选择吸波体的工作频段要求，提出设计目标，确定好所设计的频率选择吸波体所在的波段，选择低损耗与合适介电常数的介质基板。

步骤2：用传输线原理与等效电路理论设计符合设计目标的LC谐振电路。

步骤3：根据所设计的电路来设计频率选择吸透一体结构模型，初步计算符合要求的形状尺寸，并通过工作频段的要求，初步计算出两层介质基板的间距。

步骤4：用HFSS软件根据模型结构尺寸进行仿真，观察所设计模型的S参数，然后通过对S参数的分析对尺寸数据进行调整，使其工作频段满足设计的要求。

步骤5：根据所得出的尺寸进行加工、制备，得到所设计的小型化超薄透吸一体频率选择吸波体。

一实施例中，提供一种在2.17GHz左右透波，在5.8-14.7GHz吸波的频率选择吸波体，具体实现方式如下：

首先，根据工作频段定好设计目标，依据传输线原理与等效电路理论设计一个透波带在吸波带之下，透波带位于L与S波段，吸波带包含X波段和Ku波段，基板用型号为Rogers RO4003，厚度为0.813mm的频率选择吸波体。

参照图5所示，根据等效电路模型与表面电流对结构进行调整，并初步计算电阻阻值大小。其中，L1＝0.11nH，C1＝0.89pF，L2＝4.85nH，C2＝0.497pF，L3＝2.48nH，C3＝0.01pF，L4＝4nH，C4＝1.2pF，C5＝0.13pF，R1＝200Ω。

根据如图5的等效电路模型初步设计模型结构与尺寸。所设计的结构如图1-图3所示，上层结构包括方环条带12、以及自方环条带12各侧边向环外延伸的T型条带13，同时方环条带12各侧边向环内延伸设置有微条带14以构造LC结构，从而加强LC谐振。下层结构包括设于中心的十字形槽221、自十字形槽221四周分别弯折延伸的延伸槽222、以及分别连接在延伸槽222末端的矩形槽223，其中，延伸槽222被构造为使其两侧的金属层配合呈叉指状。通过所在的工作频段，计算出波长，从而初步估计两介质基板的间距。

参照图6所示，用HFSS软件根据模型结构尺寸进行仿真，观察所设计模型的S参数与等效电路的曲线的对比，通过对S参数的分析对尺寸数据进行调整，使其工作频段满足所设计的要求。

参照图7所示，所设计的小型化超薄透吸一体频率选择吸波体，通过电路仿真可知，频率选择吸波体的通带是由底层的频率选择表面决定的。图中显示该模型的中心通带频率为2.17GHz，插入损耗为0.43dB。吸收系数大于90％的吸收带宽范围为5.8～14.7GHz。

本实用新型通过在设计的初期采用传输线原理与等效电路理论进行分析，选择所要大体符合设计要求的模型结构与尺寸大小，然后通过改变单个单元的物理长度，来改变等效电路的LC谐振，从而改变透波带与吸波带所在的频率波段。加载特定阻值的电阻后，用HFSS软件对模型结构尺寸进行仿真，通过对仿真模拟出的S参数与表面电流分析，从而可以实现在2.17GHz左右透波，在5.8-14.7GHz吸波的频率选择吸波体。

本实用新型所设计的频率选择吸波体透波层位于吸波层下方，吸波层在X波段和Ku波段，并兼具小尺寸与超宽带的特点，同时制作过程简单。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种频率选择吸波体，其特征在于，包括：

吸波层，包括第一介质板以及设置在所述第一介质板上的金属条带，所述金属条带包括方环条带、以及自所述方环条带各侧边向环外延伸的T型条带，所述方环条带各侧边向环内延伸设置有微条带，且所述方环条带的各侧边上分别设置有电阻；

透波层，其与所述吸波层彼此隔离，所述透波层包括第二介质板以及设置在所述第二介质板上的金属层，所述金属层上开设有位于其中心的十字形槽、自所述十字形槽四周分别弯折延伸的延伸槽、以及分别连接在所述延伸槽末端的矩形槽，其中，所述延伸槽被构造为使其两侧的金属层配合呈叉指状。

2.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述T型条带包括与所述方环条带各侧边垂直连接的第一条带以及与所述第一条带垂直连接的第二条带。

3.根据权利要求2所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述第一条带将所述方环条带各侧边等分，所述微条带与所述电阻分别设于所述第一条带的两侧。

4.根据权利要求2所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述第一条带的长度为1mm，宽度为0.4mm；所述第二条带的长度为4.5mm，宽度为0.5mm。

5.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述方环条带的边长为5mm，宽度为0.5mm。

6.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述微条带垂直于所述方环条带各侧边，其长度为1.2mm，宽度为0.15mm。

7.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述电阻的阻值为100欧姆；和/或，所述延伸槽的宽度为0.1mm，其延伸长度为3mm。

8.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述第一介质板与所述第二介质板之间的距离为4mm。

9.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述矩形槽长度为3.8mm，宽度为0.7mm。

10.根据权利要求1所述的频率选择吸波体，其特征在于，所述第一介质板以及所述第二介质板的厚度为0.813mm，长度为10mm。

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