[發(fā)明專利]三維帶吸型吸收式頻率選擇結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請(qǐng)日: 2018-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN109301405B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞鈺峰;羅國清;俞偉良;廖臻;潘柏操;童劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/20
• 分類號(hào): H01P1/20
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了三維帶吸型吸收式頻率選擇結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為周期性分布結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單元采用兩層階梯阻抗平行板波導(dǎo)堆疊的方式，結(jié)合集總電容電阻的加載，實(shí)現(xiàn)了低頻段透波，高頻段吸波的性能。結(jié)構(gòu)單元由上層平行板波導(dǎo)及其前后兩端加載部分，下層平行板波導(dǎo)及其后端加載部分組成。本發(fā)明可用于軍事領(lǐng)域的低頻段天線的隱身天線罩。三維帶吸型頻率選擇結(jié)構(gòu)在低頻處能夠無耗透過電磁波，而在高頻很寬的一個(gè)頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)吸波功能，從而減少通帶外電磁波的反射，實(shí)現(xiàn)良好的隱身特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于階梯阻抗平行板波導(dǎo)的三維帶吸型吸收式頻率選擇結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

頻率選擇表面(Frequency selective surface,FSS)是一種由周期性排列的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成空間濾波器，它能夠有效控制不同頻率電磁波的傳輸與反射特性。在軍事領(lǐng)域，它可以用于隱身天線罩，通過形狀的變化使得對(duì)方雷達(dá)的反射波偏離入射方向，從而減小天線的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)。然而，這樣縮減的僅僅是單站RCS。

吸收式頻率選擇表面(Absorptive Frequency selective surface,AFSS)可以看作是傳統(tǒng)頻率選擇表面與吸波器的結(jié)合，它同時(shí)具備空間濾波和吸波特性。通常情況下，它是由Salisbury/Jaumann/Circuit Analog吸收體中的損耗層與傳統(tǒng)的頻率選擇表面通過四分之一波長(zhǎng)變換器級(jí)聯(lián)而成。當(dāng)應(yīng)用于天線罩時(shí)，吸收式頻率選擇表面可以將對(duì)方雷達(dá)的入射波吸收而幾乎沒有反射。因此由吸收式頻率選擇表面所構(gòu)造的雷達(dá)天線罩，對(duì)于雙站乃至多站RCS的縮減同樣有效。

傳統(tǒng)的AFSS是層疊的二維結(jié)構(gòu)，其不足之處在于：1)單元尺寸較大，導(dǎo)致其頻率響應(yīng)特性隨電磁波入射角度的變化不穩(wěn)定；2)濾波特性較差，難以實(shí)現(xiàn)高頻率選擇特性。為了解決這些問題，三維吸收式頻率選擇結(jié)構(gòu)(3D AFSS)應(yīng)運(yùn)而生。它充分利用了電磁波傳播方向的維度來構(gòu)造傳輸線(平行板波導(dǎo)、微帶線等)諧振器，因此諧振頻率與周期單元尺寸無關(guān)。三維吸收式頻率選擇結(jié)構(gòu)具備非常高的頻率選擇特性，以及對(duì)入射波的角度穩(wěn)定性。

AFSS分為帶通型和帶吸型兩種。

帶通型AFSS的特征是：1)一個(gè)通帶，其帶寬通常都不會(huì)很寬(50％以內(nèi))；2)兩個(gè)吸波帶位于通帶兩側(cè)。用于隱身天線罩時(shí)，其適用的天線工作頻段位于通帶內(nèi)。帶通型AFSS的主要應(yīng)用在工作頻段為高頻的雷達(dá)，例如工作于C、X頻段的雷達(dá)，此時(shí)所設(shè)計(jì)的AFSS具有較小的單元尺寸或者較薄的厚度。其缺陷也很明顯，當(dāng)天線的工作頻段位于低頻時(shí)，如UHF、VHF頻段，此時(shí)設(shè)計(jì)出的AFSS的單元尺寸則會(huì)變得很大或者其厚度很厚，不利于實(shí)際應(yīng)用。

帶吸型AFSS的特征是：1)一個(gè)吸波帶，設(shè)計(jì)在常用的雷達(dá)頻段，如C、X頻段等；2)低于吸波帶的頻段透波。其性能可以總結(jié)為“低通高吸”。帶吸型AFSS主要是面向諸多工作于UHF，VHF頻段的通信、頻譜監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的隱身天線罩的需求。這些系統(tǒng)目前大量列裝于各大作戰(zhàn)平臺(tái)上，但前述的帶通型AFSS顯然無法應(yīng)用于它們的天線罩。這些低頻段的天線工作頻段往往覆蓋數(shù)個(gè)倍頻程，且又低于通常的雷達(dá)波段。因此它們的隱身天線罩的要求是在通常的雷達(dá)波段(如C波段，X波段等)吸波，而在吸波頻段以下透波。目前已有的帶吸型AFSS結(jié)構(gòu)，一種是將傳統(tǒng)的吸波器的反射背板替換為帶阻型FSS，但這種方案的吸波帶帶寬有限。若想增加帶寬，可以使用寬帶的三維帶阻FSS，但這樣會(huì)使得結(jié)構(gòu)的厚度大大增加。另一類三維帶吸型AFSS，是由三維帶阻FSS與三維吸波器層疊而成。在高頻段入射電磁波將進(jìn)入吸波器從而被吸收，而在低頻段吸波器幾乎短路，入射波進(jìn)入帶阻FSS，實(shí)現(xiàn)傳輸。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一個(gè)單元中有兩層印刷電路板和兩層空氣，加工難度大。本發(fā)明通過構(gòu)造混合吸波/透波通道，使得一個(gè)通道同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高頻段吸波和低頻段透波的功能，大大降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，簡(jiǎn)化了加工和組裝，降低了成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型三維帶吸型AFSS。