[发明专利]一种单极子天线的锥形能量选择天线罩及天线系统

说明书

技术领域

本发明属于电磁防护领域，具体涉及一种单极子天线的锥形能量选择天线罩及天线系统。主要用于单极子天线在强电磁脉冲辐照时系统前端的屏蔽防护，以及正常来波情况下单站雷达散射截面积(RCS)缩减。

背景技术

电磁脉冲武器与高功率微波武器攻击速度快，范围广，兼具软硬杀伤能力，目前，高功率脉冲功率驱动源技术、高功率微波产生、发射、传输与控制技术以及高功率微波效应机理等基础研究与关键技术取得重大突破，强电磁武器走向实战应用。强电磁辐射对电子设备危害极大，电磁波通过天线将能量耦合进入到系统前端，通过击穿效应与热效应破坏电子设备。另外，天线的RCS缩减一直是目标隐身的难点问题，需要通过合理的结构设计来达到减小天线RCS的目的。

能量选择表面通过半导体阵列结合金属周期单元构建的压控导电结构，其表面阻抗随入射电磁场强度不同而发生转变，从而具备能量选择特性，能有效兼顾设备正常使用以及强场防护。

文献^[1]分析了针对强电磁脉冲武器的能量选择防护罩，当电磁波的能量低于安全阈值的时候能够无损或低损地进入射频系统前端，超过安全阈值的时候能量则会被反射。单极天线形式简单，广泛应用于武器装备上，包括一些飞行器上，而其RCS一直是飞行设备隐身的难点问题，而且考虑到许多飞行器(如：机载雷达，导弹)上面的天线罩设计要满足空气动力学的要求，因此，不能采用平面或者是球形的结构。文献^[2]设计了鼻锥结构的天线罩，并对单极子天线加载锥形天线罩前后的单站RCS进行了对比。

现有的能量选择表面相关研究集中于贴片加载有源器件平面周期结构，不符合空气动力学，不适用于飞行器上使用，频带一般限制在2GHz以下，其二极管加载方式不能应用于非平面结构的天线罩形式。而关于锥形天线罩的研究并未涉及电磁防护功能，也未对天线罩上进行有源加载进行研究，功能单一。相关现有技术参考文献如下：

[1]Yang C,Liu P G,Huang X J.A novel method of energy selective surface for adaptive HPM/EMP protection[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters.2013(12):112-115.

[2]Lin B Q,Zheng Q R,et al.Design and Simulation of a Miniature Thick-Screen Frequency Selective Surface Radome[J].IEEE Antenna&Wireless Propagation Letters,2009,8(4):1065-1068.

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种锥形能量选择防护罩针对单极子天线这种应用广泛的天线形式，既能实现能量敏感自适应开关特性达到强场防护的目的，又能有效地减小天线的单站RCS，实现功能的复合。具体技术方案如下：

一种单极子天线的锥形能量选择天线罩，包括介质基板、金属层和半导体器件，所述介质基板的形状为空心的圆锥体状，所述金属层覆盖在介质基板上，所述金属层上镂空若干个圆环缝隙，在每个圆环缝隙上等间隔设置4个半导体器件，所述半导体器件连接圆环缝隙内外的金属层。

进一步地，所述圆环缝隙在圆锥体表面上呈准周期排列，圆环缝隙在圆锥体表面上紧密排列且相互之间不重叠交叉。

进一步地，所述半导体器件为二极管。

进一步地，所述介质基板展开后为300°扇面，由5个完全相同的60°扇面组合构成；在每个扇面上，圆环缝隙的排列方法为：从扇面顶部开始分层排列，按照每层逐渐增加1个圆环缝隙的方式，直至底层圆环缝隙排列到扇面底部。

进一步地，所述每个圆环缝隙上的4个半导体器件，其中两个半导体器件对称设置过圆环缝隙圆心且平行于60°扇面外沿的弧线上，另外两个半导体器件对称设置以扇面顶点为圆心的射线上。

本发明还提供了一种单极子天线系统，包括上述单极子天线的锥形能量选择天线罩，及设置在锥形能量选择防护罩内部的单极子天线；所述单极子天线置于锥形天线罩内部，天线罩锥体底面与单极子天线接地面贴合，所述贴合的方式为粘接或焊接。