CN215579081U - 一种具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，包括吸波单元，吸波单元包括自上而下依次排列的吸收性频率选择表面、介质板、泡沫板和金属反射板；吸收性频率选择表面为金属涂覆层，包括八角环形条带，八角环形条带包括侧边一和侧边二；侧边一与侧边二间隔设置，且侧边二与介质板的四边平行或垂直；八角环形条带的四条侧边一上均顺向电连接有贴片电阻；四条侧边二内侧均垂直电连接有矩形环条带；矩形环条带内侧包围电连接有曲流线条带。本实用新型具有陷波带的频率选择吸波体结构简单，吸收频带宽，陷波带可调，极化稳定，入射角稳定，易于制造，可用于天线的接地面和减少天线的雷达散射截面。
Description
技术领域
本实用新型涉及吸波材料技术领域，涉及吸波材料及频率选择表面，具体涉及一种具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体。
背景技术
随着电磁波通讯设备的快速发展，电磁波对通讯及军事领域的影响越来越大，在保证正常通讯的同时调控电磁波的反射对于提高通讯效率、提高隐身技术和消除电磁波干扰是很有必要的，吸波材料的出现使得上述问题得以较好的解决。吸波材料是指能够吸收或者大幅度减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐湿、抗腐蚀等性能。传统的吸波体，诸如尖劈形材料、磁性吸收剂和Salisbury吸收屏等存在密度大，厚度较大或吸收频带窄等缺陷。
频率选择吸波体(Frequency Selective Rasorber,FSR)作为一种多谐振宽带吸波体，具有重量轻、低剖面和带内显著吸波、带外低损耗透波或反射波的特点，相比于传统的电磁吸波材料，尺寸更小并能获得更好的吸波性能。传统的宽带吸波体可以在一定带宽内吸收电磁波，降低天线的雷达散射截面 (Radar cross section,RCS)，但收发信号时，吸波体会对天线的辐射性能产生干扰，影响天线的辐射方向图，降低天线的增益。
陷波型(或反射型)FSR可以在吸收带内产生反射带(即陷波带)，这种类型的结构对于天线吸收器的设计特别有用，其吸波带内的陷波带可以用于天线的反射接地面，同时通过吸收带来降低RCS。然而，现有的陷波型频率选择吸波体主要为采用两层介质板的二维结构，少数用单层介质实现陷波响应的吸波结构也存在极化敏感的问题，不能满足实际需要。因此，需要继续探索陷波型吸波体的吸收、陷波机理，进而优化结构单元。
因此，如何提供一种仅需单层介质板且具有极化稳定性的具有陷波带的宽带吸波体是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种应用于RCS缩减的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，包括吸波单元，所述吸波单元包括自上而下依次排列的吸收性频率选择表面、介质板、泡沫板和金属反射板；
所述吸收性频率选择表面为金属涂覆层，包括八角环形条带，所述八角环形条带包括侧边一和侧边二；所述侧边一与侧边二间隔设置，且侧边二与所述介质板的四边平行或垂直；所述八角环形条带的四条侧边一上均顺向电连接有贴片电阻；所述四条侧边二内侧均垂直电连接有矩形环条带；所述矩形环条带内侧包围电连接有曲流线条带；所述矩形环条带电连接有所述曲流线条带的边与所述矩形环条带电连接有所述侧边二的边相对。
优选的，所述若干个吸波单元周期性排列组成所述单层宽带频率选择吸波体。所述用于RCS缩减的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体的吸波单元面积为16mm×16mm。
优选的，所述泡沫板为聚甲基丙烯酰亚胺(简称PMI)泡沫板，粘接于介质板和金属反射板之间，PMI泡沫板的厚度为12mm。
优选的，介质板的材料为有损耗介质，介质板的厚度为0.5mm。
优选的，所述吸波单元的横截面为正方形。
优选的，所述八角环形条带的宽度为0.8mm。
优选的，所述矩形环条带为封闭的方环条带，且宽度为0.3mm。
优选的，所述矩形环条带通过第一条带电连接所述侧边二，所述第一条带垂直电连接于所述矩形环条带的两侧边线中点处，也与相应所述侧边二的中点处垂直电连接。
优选的，所述第一条带的长度和宽度均为0.3mm。
优选的，所述曲流线条带通过第二条带与所述矩形环条带的内侧边中点处电连接，所述第二条带垂直于所述矩形环条带的内侧边。
优选的，所述曲流线条带包括多段长度相同的弯折段，相邻弯折段的首尾通过垂直连接段电连接形成一条完整的曲流线条带，其中一段弯折段的中点处垂直电连接所述第二条带。
优选的，所述第二条带的宽度为0.3mm。
优选的，吸收性频率选择表面的加载在八角环的四个贴片电阻的阻值均为140Ω。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
1.本实用新型的吸收性频率选择表面采用内侧连接矩形环条带包围的曲流线条带的八角环形结构，加载四个贴片电阻的八角环形结构实现宽吸收带，矩形环条带包围的曲流线结构与八角环构成并联的具有高等效电感值的串联 LC谐振器，根据串联LC谐振器谐振时阻抗等于零，在其谐振时，将八角环条带上加载的贴片电阻短路，阻止所加载电阻消耗电磁波能量，实现了仅需单层介质板的具有陷波带的宽带吸波体。而且，陷波带的位置可以通过改变曲流线条带结构的长度和弯折的节数调节。
2.本实用新型通过调整结构单元各个部分的尺寸，使该结构产生了覆盖 2.26GHz至7.34GHz和8.48GHz至8.89GHz频段的90％吸收率的吸波频带，工作带宽为118.9％，在7.78GHz至8.3GHz的频段内获得了反射损耗小于3dB 的陷波带，具有对电磁波入射角度稳定和极化稳定的优点，对比最低工作频率的波长λ0，该结构的单元面积仅为0.12λ0×0.12λ0，单元厚度仅为0.09λ0，实现了单元尺寸小和超薄特性。同时，该结构仅包含单层印刷电路板(吸收性频率选择表面)、PMI泡沫板和金属反射板构造，具有低成本、易加工的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
图1是本实用新型的一个实施例的吸波体单元的结构示意图；
图2是本实用新型的一个实施例的吸波体单元的顶视图；
图3是本实用新型的一个实施例的吸波体单元的排列方式示意图；
图4是本实用新型的一个实施例的吸波体的等效电路模型图；
图5是本实用新型的一个实施例的吸波体在TE极化波以不同角度入射时的反射系数仿真结果；
图6是本实用新型的一个实施例的吸波体在TM极化波以不同角度入射时的反射系数仿真结果；
图7是本实用新型的一个实施例的吸波体在TE极化波垂直入射时的反射系数仿真与实测结果的对比；
图8是本实用新型的一个实施例的吸波体的曲流线结构与八角环相连接的边线平行的不同边线长度(即曲流线条带的最长边长度(L))对反射系数的影响图；
图9是本实用新型的一个实施例的吸波体的曲流线结构不同弯折节数 (N)对反射系数的影响图。
图中：
1为金属涂覆层、2为介质板、3为PMI泡沫板、4为金属反射板、5为侧边一、6为侧边二、11为贴片电阻、12为八角环条带、13为第一条带、14 为矩形环条带、15为第二条带、16为曲流线条带。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照图1所示，本实用新型包括提供一种陷波型频率选择吸波体，吸波体的最小单元为吸波单元。吸波单元包括介质板2、设置在介质板上表面的吸收性频率选择表面、金属反射板4和设置在介质板和金属反射板之间的PMI 泡沫板3。
吸收性频率选择表面为金属涂覆层1，包括八角环形条带12，八角环形条带12包括侧边一5和侧边二6；侧边一5与侧边二6间隔设置，且侧边二 6与介质板2的四边平行或垂直。
需要说明的是，实施例中所述的平行或垂直所在空间均指与介质板表面所在平面相平行的二维空间。
参照图2所示，八角环形条带12的四条侧边一5上均顺向电连接有贴片电阻11；四条侧边二6内侧均垂直电连接有矩形环条带14；矩形环条带14 内侧包围电连接有曲流线条带16；矩形环条带14电连接有曲流线条带16的边与矩形环条带14电连接有侧边二6的边相对。
八角环条带12的侧边二6即八角环条带12相对介质板2边沿水平或垂直的侧边，该侧边向内延伸电连接矩形环条带14，矩形环条带14靠近八角环条带12中心位置的最内侧边向矩形环条带14内延伸电连接曲流线条带16。
在一个实施例中，矩形环条带14通过第一条带13与八角环条带12水平或垂直侧边垂直连接，曲流线条带16通过第二条带15与矩形环条带14最内侧边垂直连接。
本实施例中，矩形环条带14为方环条带，方环条带14的外围尺寸为 4.5mm×2.5mm，方环条带14的宽度为0.3mm。第一条带13为第一方形条带，第二条带15为第二方形条带。其中，第一方形条带长度为0.3mm，宽度为 0.3mm，第二方形条带长度为0.3mm，宽度为0.3mm。
在一个实施例中，八角环条带12的水平或垂直侧边长为7mm，倾斜边与水平或垂直方向夹角为45°，斜边长为5.66mm，宽度为0.8mm。
在一个实施例中，八角环条带12斜边设置有贴片电阻11，位于倾斜边的中点处。其中，贴片电阻11的阻值为140Ω。
在一个实施例中，曲流线条带16包括多段长度相同的弯折段，相邻弯折段的首尾通过垂直连接段电连接形成一条完整的曲流线条带16，其中一段弯折段的中点处垂直电连接第二条带15。
本实施例中，曲流线条带16的宽度为0.3mm，最长边的数目弯折节数N 为3，最长边的长度(L)为3.2mm，最长边之间的缝隙长度为2.9mm，最长边之间的缝隙宽度为0.2mm。
在一个实施例中，介质板2材料为Rogers 4350B，介电常数为3.66，损耗正切为0.0037，介质板2单元尺寸为16mm×16mm×0.5mm。
在一个实施例中，金属涂覆层材料为铜，电导率为5.8×107S/m，厚度为 0.035mm。
在一个实施例中，介质板2和金属反射板4之间的PMI泡沫板3厚度为 12mm，介电常数≈1。
在一个实施例中，金属反射板4的材料为铜，电导率为5.8×107S/m，厚度为1.6mm。
参照图3所示，若干个吸波单元周期性排列组成所述单层宽带频率选择吸波体，周期为16mm。用于RCS缩减的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体的单元面积为16mm×16mm。
参照图4所示，根据传输线理论、表面电流及等效电路理论对结构进行调整，可以确定本实用新型的一个实施例的吸波体的等效电路模型图。其中， Z1为介质板2等效传输线的特性阻抗，h1为对应传输线长度，Z0为PMI泡沫板3等效传输线的特性阻抗，h2为对应传输线长度，R＝201Ω,L1＝3.84nH, L2＝8.01nH,C1＝0.017pF,C2＝0.084pF,C3＝0.174pF。
参照图5所示，用CST Studio Suite软件根据模型结构尺寸进行仿真计算，本实用新型的一个实施例的吸波体在TE极化波下以不同角度入射时的反射系数表明，不同入射角下吸波体的陷波带在0～45°内稳定，不同入射角下吸波体的吸收带和反射带在0～30°内均稳定。
参照图6所示，用CST Studio Suite软件根据模型结构尺寸进行仿真计算，本实用新型的一个实施例的吸波体在TM极化波下以不同角度入射时的反射系数表明，不同入射角下吸波体的陷波带在0～45°内稳定，不同入射角下吸波体的吸收带和反射带在0～30°内均稳定。
结合图5和图6可见，本实用新型在TE和TM极化下，吸收带和反射带一致，具有极化稳定性。
参照图7所示，本实用新型在TE极化波垂直入射时，该结构的反射系数小于-10dB的频率范围即吸收带是2.26GHz至7.34GHz和8.48GHz至8.89 GHz工作带宽为118.9％，反射系数大于-3dB的频带即陷波带范围是7.78GHz 至8.3GHz，仿真结果与实测结果吻合良好。
图8是本实用新型实施例的吸波体的曲流线条带16的不同最长边(L)的长度的影响图。结果发现，曲流线条带16最长边L的长度主要影响陷波带的频率，最长边L越长，其等效电感值越大，陷波带谐振频率越小。
图9是本实用新型实施例的吸波体的曲流线条带16的不同弯折节数(N) 的影响图。结果发现，曲流线条带16的弯折节数N主要影响陷波带的频率，弯折节数N越大，其等效电感值越大，陷波带谐振频率越小。
通过对本实用新型提供的用于RCS缩减的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体仿真和测量结果对比分析，本用于RCS缩减的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体最终工作在2.26GHz至7.34GHz和8.48GHz至8.89GHz 的吸收带相对带宽为118.9％，7.78GHz至8.3GHz的陷波带。此外，频率选择吸波体结构简单，吸收频带宽，陷波带可调，极化稳定，入射角稳定，易于制造，可用于天线的接地面和减少天线的雷达散射截面。
以上对本实用新型所提供的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，包括吸波单元，所述吸波单元包括自上而下依次排列的吸收性频率选择表面、介质板、泡沫板和金属反射板；
所述吸收性频率选择表面为金属涂覆层，包括八角环形条带，所述八角环形条带包括侧边一和侧边二；所述侧边一与侧边二间隔设置，且侧边二与所述介质板的四边平行或垂直；所述八角环形条带的四条侧边一上均顺向电连接有贴片电阻；所述四条侧边二内侧均垂直电连接有矩形环条带；所述矩形环条带内侧包围电连接有曲流线条带；所述矩形环条带电连接有所述曲流线条带的边与所述矩形环条带电连接有所述侧边二的边相对。
2.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，若干个所述吸波单元周期性排列组成所述单层宽带频率选择吸波体。
3.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述吸波单元的横截面为正方形。
4.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述八角环形条带的宽度为0.8mm。
5.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述矩形环条带为封闭的方环条带，且宽度为0.3mm。
6.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述矩形环条带通过第一条带电连接所述侧边二，所述第一条带垂直电连接于所述矩形环条带的两侧边线中点处，也与相应所述侧边二的中点处垂直电连接。
7.根据权利要求6所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述第一条带为方形条带。
8.根据权利要求1所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述曲流线条带通过第二条带与所述矩形环条带的内侧边中点处电连接，所述第二条带垂直于所述矩形环条带的内侧边。
9.根据权利要求8所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述曲流线条带包括多段长度相同的弯折段，相邻弯折段的首尾通过垂直连接段电连接形成一条完整的曲流线条带，其中一段弯折段的中点处垂直电连接所述第二条带。
10.根据权利要求8所述的具有陷波带的单层宽带频率选择吸波体，其特征在于，所述第二条带为方形条带。
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