[发明专利]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

说明书

本发明公开了一种基于耶路撒冷十字单元的电阻性FSS的宽带吸波结构及其FSS单元，其中，FSS单元包括自上而下依次层叠的外蒙皮、FSS导电膜、有机高分子衬底、介质层和金属衬底，所述FSS导电膜和有机高分子衬底组合构成FSS电阻层，所述外蒙皮的上端面为电磁波入射分界面。通过对外蒙皮、FSS导电膜的几何图案和面电阻值、介质层的优化设计，使宽频带范围的入射电磁波在吸波结构的表面形成匹配，在结构内部产生损耗。该吸波结构能够实现宽频带吸收，同时具有较薄的厚度、较轻的重量和较好的力学强度。

技术领域

本发明涉及电磁隐身技术领域，尤其涉及一种对C、X和Ku波段的电磁波进行吸收，并基于耶路撒冷十字单元的电阻性FSS的宽带吸波结构。

背景技术

随着高分辨率和高可靠性先进探测技术的发展，各种电磁干扰信号不断增强，对于宽带且低反射率的材料要求越来越高。吸波结构是一类通过叠层设计从而有效吸收表面入射电磁波，显著降低目标反射率的功能材料，传统吸波结构主要类型有Salisbury屏、Jaumann吸波结构和磁性吸波结构等，存在吸收频带窄、厚、重、稳定性差的等缺点，在一定应用范围受到了限制。新型FSS吸波结构的出现，克服了衍射效应给传统吸波结构带来的厚度限制，具有吸收频带宽、厚度薄、质量轻、反射率低等优点。FSS是频率选择表面的简称，是一种特定几何形状的周期单元。通过调节FSS结构的形状、尺寸和分布可以调控吸波结构的谐振特性。FSS吸波结构能有效的吸收、衰减入射电磁波而广泛应用于在雷达隐身、电磁屏蔽等电磁防护方面。

目前基于FSS的吸波结构发展迅速，各种几何形状的FSS吸波结构不断被提出，但对于单层耶路撒冷十字单元FSS吸波结构，同时在C、X和Ku波段内的研究目前相对较少，C、X和Ku波段本身有很多应用，包括卫星通信、雷达和信号情报(SIGINT)等的许多航空航天和防务电子系统领域。而现有的FSS吸波结构大多应对单点或多点频率，吸收频段较窄，并且缺乏表层保护，导致实际应用受限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的缺陷，提供一种基于耶路撒冷十字单元的电阻性FSS的宽带吸波结构，用于实现吸波结构在C、X和Ku波段内吸收频带宽、厚度薄、质量轻、反射率低的特性。通过合理的选择材料，优化FSS几何结构和各层的厚度参数，通过丝网印刷工艺控制电阻膜的阻值的大小和均匀性，设计出优良吸收特性的基于耶路撒冷十字单元的电阻性FSS的宽带吸波结构。

有鉴于此，本发明提供了一种基于耶路撒冷十字图案的电阻性FSS单元，包括：

自上而下依次层叠的外蒙皮、FSS导电膜、有机高分子衬底、介质层和金属衬底，其中FSS导电膜和有机高分子衬底组合构成FSS电阻层，外蒙皮的上端面为电磁波入射分界面。

可选地，外蒙皮的介电常数为ε1，厚度为H1，有机高分子衬底的介电常数为ε3，厚度为H3，介质层的介电常数为ε4，厚度为H4，所述金属衬底的厚度为H5，且1≤ε4≤ε3≤1.5，1≤ε4≤ε1≤5，0≤H3≤H1≤H4≤10mm，H5＝0.2mm。

可选地，FSS导电膜的一个耶路撒冷十字单元边长为D，图案由等宽的十字线和加载的四个短偶极子组成，且十字线的长度为L1，短偶极子的长度为L2，宽度均为W。

可选地，外蒙皮中的材料是石英纤维、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、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的一种或多种复合体；

导电膜中的导电材料是碳纳米管、石墨烯、碳纳米颗粒、碳纤维、银纳米线、氧化锌ZnO、氧化锌锡ZTO、氧化铟锡ITO中的一种或多种复合体；

有机高分子衬底的材质为合成纤维、聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚丙烯PP、聚酰亚胺PI、、聚碳酸酯PC中的一种或多种复合体；

介质层为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫PMI、聚氨酯泡沫PU、聚苯乙烯泡沫PS、聚苯乙烯泡沫PS和低密度蜂窝状材料的一种。