[发明专利]一种小型化低剖面超宽通带频率选择表面及其设计方法

说明书

本发明公开了一种小型化低剖面超宽通带频率选择表面及其设计方法，其包含：第一金属贴片层、中间层及第二金属贴片层，三者依序压合在一起，该第一金属贴片层的单元为长宽相同的矩形，矩形的四角上分别设置开口向外的四分之一方环，单元中心为一个完整的矩形环，在平面周期延拓后，呈现交错排列的方环阵列；该第二金属贴片层，其单元为大小与上述第一金属贴片层相同的矩形，中心为十字型金属线，在单元的各边中点位置均有矩形金属贴片与十字型金属线相连接。频选结构具有超宽通带特性的同时，极大地减小了频选的整体厚度。本发明提出的频选结构剖面极低，可以自由地和绝大部分厚度的蒙皮、外壳、保护罩等结构进行结合，从而发挥其独特的电性能。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体指代一种小型化低剖面超宽通带频率选择表面及其设计方法。

背景技术

现代战争进入到了信息化时代，雷达探测到的目标信息决定了目标的命运。飞行器上的雷达天线系统是重要的散射源，在某些频率和视角范围内具有很高的雷达散射截面(RCS)，减小天线系统的RCS是飞行器实现隐身的重要课题。传统飞行器介质天线罩在全频段“透明”，无隐身效果，因此透波/隐身多功能一体化天线罩的设计显得极为重要，例如如何减小飞行器头部的雷达天线的后向散射已经成为影响飞行器隐身性能的关键因素之一。普通的介质天线罩不能减小RCS，吸波材料的应用虽然能够减小后向散射，但同时会影响到飞行器的正常通信。而在介质天线罩中应用上频率选择表面结构，即频率选择表面技术(Frequency Selective Surface，FSS)则可以克服以上缺陷，由于FSS具有空间滤波特性，能够有效地控制电磁波的反射和透射性能。

频率选择表面结构是由大量周期性排列、具有特定形状的金属贴片单元或金属平面间缝隙所组成的二维结构，当入射电磁波频率在单元的谐振频率上时，FSS呈现出全反射(贴片型)或全透射(孔径型)，其他频率的电磁波可透过FSS(贴片型)或被全反射(孔径型)，因此FSS本质上是一种特殊的空间滤波器，可有效的控制电磁波的传输特性。将FSS技术应用于天线罩上，就可以使天线罩获得频率选择的功能，进行频率选择性透波。在设计频段内天线罩保持正常的透波；而设计频段外，天线罩相当于一个金属罩，将电磁波屏蔽。其作用在于使飞行器天线舱在设计频段内、外表现出不同的RCS特性。

期刊《电讯技术》2012，52(3):371-374，李育青，裴志斌，屈绍波等人提出的“具有宽频特性带通频率选择表面的设计”；期刊论文中的仿真表明，该频率选择表面的3个极点分别为6.44GHz、8.80GHz和10.97GHz。3个极点耦合形成一个中心插损很小的平顶宽通带，中心插损最大仅为0.45dB，3dB工作带宽此时为5.40—11.47GHz，绝对带宽为6.07GHz，相对带宽达到72％。而在通带外，S2l能迅速地下降到-20dB以下并一直保持，频率选择表面结构具有良好的边带选择和带外抑制特性。但该技术方案客观存在一个问题，由于使用了多层级联结构，频率选择表面的厚度较大，剖面较高。作为一种微波无源材料，结构的厚度直接决定了其适用性。频率选择表面主要应用在飞行器的高RCS部件附近，以蒙皮或外部罩子的形式使用，故厚度大的频率选择表面结构将对蒙皮和罩子的设计提出相当大的难度，往往不能实际应用。

期刊文献：Liang B Y,Xue Z H,Li W M,et al.Ultra-wideband frequencyselective surface at K and Ka band[C].IEEE International Conference onMicrowave TechnologyComputational Electromagnetics.IEEE,2013:55-57，其目的为设计一种新型超宽通带的频率选择表面结构，为超宽带电磁场合的滤波透波需求提供结构方案。单元尺寸2.898mm*4.733mm，结构单层厚度2mm，介质板间胶层厚度约0.05mm，总体厚度约6.1mm。-3dB带宽从17.83GHz到45.66GHz，相对带宽达到88％，属于超宽通带频率选择表面。但该技术方案仍旧存在剖面高厚度大的问题，虽然层数只有三层，但总厚度依旧达到了6.1mm，应用范围大大受到影响。

发明内容