[發(fā)明專利]一種2.5維閉合環(huán)型頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710586366.5
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107394410B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何小祥;華博宇;楊陽;周春;高瑾;鄭景明;冒晨陽;劉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種2.5維閉合環(huán)型頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，包含：第一金屬貼片層、中間介質(zhì)層、第二金屬貼片層及多個金屬化過孔，該金屬化過孔貫穿于上述的第一金屬貼片層、中間介質(zhì)層及第二金屬貼片層；第一金屬貼片層與第二金屬貼片層單元結(jié)構(gòu)及大小相同；第一金屬貼片層的一部分圓角條狀貼片在單元中心相間圍繞成一個六邊形環(huán)，另一部分圓角條狀貼片在六邊形環(huán)周圍一定距離處相間構(gòu)成了六個半六邊形環(huán)，兩個第一金屬貼片層單元的半六邊形環(huán)兩兩拼接后構(gòu)成一個與中心的六邊形環(huán)完全相同的完整六邊形環(huán)。本發(fā)明中的頻選結(jié)構(gòu)具有超寬阻帶特性的同時，減小了頻率選擇表面的等效單元尺寸，與絕大部分厚度的蒙皮、外殼等結(jié)構(gòu)結(jié)合，發(fā)揮其電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁場與微波技術(shù)領(lǐng)域，具體指代一種小型化緊密排布的2.5維閉合環(huán)型超寬阻帶頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭進入到了信息化時代，雷達探測到的目標信息決定了目標的命運。飛行器上的雷達天線系統(tǒng)是重要的散射源，在某些頻率和視角范圍內(nèi)具有很高的雷達散射截面(RCS)，減小天線系統(tǒng)的RCS是飛行器實現(xiàn)隱身的重要課題。傳統(tǒng)飛行器介質(zhì)天線罩在全頻段“透明”，無隱身效果，因此透波/隱身多功能一體化天線罩的設(shè)計顯得極為重要，例如如何減小飛行器頭部的雷達天線的后向散射成為影響飛行器隱身性能的關(guān)鍵因素之一。普通的介質(zhì)天線罩不能減小RCS，吸波材料的應(yīng)用雖然能夠減小后向散射，但同時會影響到飛行器的正常通信。而在介質(zhì)天線罩中應(yīng)用頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，即頻率選擇表面技術(shù)(Frequency?Selective?Surface，F(xiàn)SS)則可以克服以上缺陷，由于FSS具有空間濾波特性，能夠有效地控制電磁波的反射和透射性能。

頻率選擇表面(Frequency?Selective?Surface，F(xiàn)SS)是由大量周期性排列、具有特定形狀的金屬貼片單元或金屬平面間縫隙所組成的二維結(jié)構(gòu)，當(dāng)入射電磁波頻率在單元的諧振頻率上時，F(xiàn)SS呈現(xiàn)出全反射(貼片型)或全透射(孔徑型)，其他頻率的電磁波可透過FSS(貼片型)或被全反射(孔徑型)，因此FSS可有效的控制電磁波的傳輸特性。而正是由于FSS具有空間濾波特性，能夠有效地控制電磁波的反射和透射性能，所以借助在外殼、保護罩上加載FSS的方法，可以有效地保證低頻電子設(shè)備在正常工作的同時，不受其他信號的影響。

目前絕大多數(shù)的頻率選擇表面研究都針對窄帶和寬帶頻率選擇表面，而對超寬帶頻率選擇表面的研究卻比較少，這是由于頻率選擇表面的超寬帶特性需要極小的單元間距，同時又需要保證在大角度入射下諧振頻點的穩(wěn)定性，具有相當(dāng)?shù)碾y度。由于頻率選擇表面本質(zhì)上是一種空間的濾波器，其工作帶寬是一個很重要的指標，超寬的帶寬在飛行器隱身設(shè)計、電磁屏蔽等實際應(yīng)用場合有著迫切的工程需求。尤其在雷達的常見頻段(如S波段、C波段、X波段)內(nèi)，能覆蓋多個頻段的超寬帶頻率選擇表面設(shè)計能以最精簡的結(jié)構(gòu)提供隱身性能。

期刊文獻：Shi?Y,Tang?W,Zhuang?W,et?al.Miniaturised?frequency?selectivesurface?based?on?2.5-dimensional?closed?loop[J].Electronics?Letters,2014,50(23):1656-1658；期刊論文提出了一種2.5維正交環(huán)型的帶阻頻率選擇表面，其中的仿真表明，該頻率選擇表面的諧振頻點為2.85GHz，呈一個窄帶帶阻頻響特性。單元大小為0.048λ₀*0.048λ₀，阻帶中心的最大抑制達到-25dB，且在各種不同極化和不同角度的入射波情況下，此頻率選擇表面呈現(xiàn)了非常穩(wěn)定的諧振頻點。但該技術(shù)方案客觀存在一個問題，即頻率選擇表面的帶寬過窄，-10dB的阻帶僅有500MHz。作為一種濾波材料，頻率選擇表面工作帶寬是一個重要指標，窄帶顯然不能滿足所有的應(yīng)用場合。