[发明专利]双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面及天线罩

说明书

本发明提供了一种双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面，包括多个在平面上周期排列的复合吸波结构单元，每个复合吸波结构单元呈长方体形状，多个复合吸波结构单元在平面上连续拼接，所述复合吸波结构单元包括介质基板、第一贴片层和第二贴片层，所述第一表面与第二表面为平行设置的正方形，所述第一贴片层包括金属频选结构，所述第二贴片层包括金属石墨烯复合吸波结构；本发明提供的双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面能使天线在9.7GHz和19.35GHz发生谐振，产生吸波段，从12.44GHz到17.54GHz的频带内保持较高的传输特性，能够在通带两侧实现吸波，同时满足双极化、低插损等优势，是一种对不同入射电磁波具有较强适应性的周期结构。

技术领域

本发明属于超材料和天线罩技术领域，具体涉及一种在X(8GHz～12GHz)、Ku(12GHz～18GHz)和K波段(18GHz～27GHz)工作的双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面及天线罩。

背景技术

频率选择表面是一种二维周期阵列结构，对入射到其表面的电磁波具有频率选择特性，可以使工作频带内的电磁波通过，将非工作频带内的电磁波反射到非来波方向上。目前，频率选择表面超材料结构(简称“频选结构”)越来越多地应用在了雷达通信系统的天线罩领域。在雷达系统的开发中，双/多站雷达应用逐渐增多，多个雷达接收机就能够接收到频选天线罩反射到其他方向的电磁波，导致频选的隐身功能丧失。若在频选结构的基础上加入具有吸波功能的石墨烯材料，由阻抗表面层和频选层复合成多层周期结构，可以应对双/多站雷达系统的侦测。将其放在开放空间中并用不同频率的电磁波对其进行照射，若入射电磁波的工作频率在通带内，该结构相当于电磁透明的，入射电磁波可以顺利通过该结构。若在该结构的阻带内，则入射电磁波会被吸收损耗，不能通过该结构的同时也不会反射到其他方向上。在雷达天线罩领域中，可以将该石墨烯结构和频选结构复合成吸透一体化超材料结构表面(简称“超构表面”)，并加载到天线罩上，并借助天线罩的几何外形，使天线工作频带外的电磁信号被复合超构表面吸收，不被敌方雷达接收到，以实现雷达隐身的功能，同时也可以在电子对抗中起到抗干扰的效果。在无线安全领域中，该复合超构表面可用作特殊区域的隔离材料，使得特定频率的电磁波信号不会泄露到区域之外，且阻止其他信号进入到区域内，从而保证通信安全。

现有的一些复合超构表面采用纯阻抗表面层达到吸波要求，这种结构由于在该层仅加载吸波材料导致插损较高，吸波效果较差，难以实现抗干扰和高隔离；一些对称设计的复合超构表面难以实现各种不同极化电磁波照射时传输性能稳定的双极化特性；还有一些基于复合材料的频选吸波结构仅能实现通带一侧吸波，在应用上有其局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对X、Ku和K波段，现有频率选择表面难以实现低插损、宽通带、双极化、通带两侧吸波等缺陷，提供一种对不同入射电磁波具有较强适应性的双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面，从而解决基于现有频选表面的天线罩不能很好地实现雷达天线的隐身这一问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，一种双极化吸透一体石墨烯频选复合超构表面，包括多个在平面上周期排列的复合吸波结构单元，每个复合吸波结构单元呈长方体形状，多个复合吸波结构单元在平面上连续拼接，所述复合吸波结构单元包括介质基板、附着在介质基板第一表面上的第一贴片层和附着在介质基板第二表面上的第二贴片层，所述第一表面与第二表面为平行设置的正方形，所述第一贴片层包括频选结构，两组所述频选结构关于第一表面的对角线对称设置，所述频选结构包括长矩形贴片和短矩形贴片，所述长矩形贴片和短矩形贴片的间隙形成频率通带，所述第二贴片层包括吸波结构，所述吸波结构包括两条关于第二表面的对角线对称设置的长金属直导线，两条所述长金属直导线的一端通过L型石墨烯贴片连接，两个所述短矩形贴片靠近L型石墨烯贴片设置。

优选地，所述长矩形贴片与短矩形贴片的宽度相同，所述L型石墨烯贴片的宽度与长金属直导线的宽度相同。

优选地，两条所述长金属直导线的另一端均连接有短金属直导线，所述短金属直导线与长金属直导线的宽度相同。