[發明專利]基于耦合縫隙結構的三維微波吸波體及其應用

有效

• 申請號: 201911332180.2
• 申請日: 2019-12-21
• 公開（公告）號: CN111342240B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 俞鈺峰;黃郅祺;羅國清;謝國泰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00;H01Q1/42;H01Q9/30
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明涉及基于耦合縫隙結構的三維微波吸波體及其應用。本發明克服了現有微波吸波體均需要金屬反射背板的局限性。本發明利用了沿電磁波傳播方向的金屬縫隙提供的諧振模式，因此不需要金屬背板。同時還采用耦合金屬線將金屬縫隙中的電磁場耦合到該金屬線上由電阻進行吸收。本發明具備吸波頻帶寬，結構簡單，易于加工和組裝，重量輕的優點。此外本發明提出的新型微波吸波體對一個極化的電磁波(電場平行于縫隙所在平面)帶內吸收帶外反射，而對另一個極化的電磁波全頻段透射。該特點使得由該微波吸波體構成的天線罩可被廣泛應用于各種單極化天線(天線極化方向垂直于吸波體的縫隙所在平面)，從而有效降低天線的雷達散射截面。

技術領域

本發明屬于微波技術領域，涉及一種基于三維耦合縫隙結構的微波吸波體及其在低雷達散射截面(RCS)天線罩中的應用，對一個極化的電磁波(電場平行于縫隙)帶內吸收帶外反射，而對另一個極化的電磁波全頻段透射。

背景技術

微波吸波體(Microwave Absorber)是一種能有效吸收入射電磁波并減低其反射的一類電磁結構。它在軍用目標的雷達散射截面縮減和電磁兼容等領域有著廣泛的應用。

現有的微波吸波體大部分是二維結構，其中最典型的就是電路模擬吸波體(Circuit AnalogAbsorber,CAA)，其通常是由金屬背板及其前方的電阻加載的頻率選擇表面構成，具備重量輕的優點，但通常它比較厚，吸波頻帶較窄。除此之外也有少量的三維吸波體，不同于二維結構，這一類吸波體通過在縱向(電磁波傳播方向)構建基于微帶線或者平行板波導的有耗諧振器來實現吸波。如果在一個周期結構內實現多個有耗諧振器或者一個多模諧振器，就可以實現寬帶吸波。但三維結構相對復雜，結構組裝的誤差較大，且加工成本較高。此外，以上所有的微波吸波體均需要金屬反射背板。

發明內容

本發明的目的是為了解決以往微波吸波體均需要金屬反射背板的局限性，提出了一種基于三維耦合縫隙結構的新型微波吸波體。該微波吸波體利用了沿電磁波傳播方向的金屬縫隙提供的諧振模式，因此不需要金屬背板。該微波吸波體對于極化平行和垂直于金屬縫隙的入射電磁波具有吸收和透射兩種不同的響應，因此當其作為天線罩使用時，若天線的極化垂直于金屬縫隙，則天線罩對于天線幾乎無影響，卻可以吸收入射的另一個極化的電磁波，從而起到降低天線的RCS的效果。

此外，該微波吸波體還采用了U型耦合金屬線將金屬縫隙中的電磁場耦合到該金屬線上由電阻進行吸收。相比于直接將電阻加載在金屬縫隙開口端，該方法有效地拓展了吸波帶寬。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

基于三維耦合縫隙結構的微波吸波體是周期性結構，每個結構單元沿著y軸方向無縫排布，沿著x軸方向以間隔12mm的周期排布。每個周期結構單元沿著x軸方向依次包括金屬層、介質基板、耦合金屬線；

所述金屬層位于介質基板的一側，金屬層開有一端開放的金屬縫隙，金屬縫隙的開放端邊緣與介質基板邊緣對齊，且金屬縫隙的開放端處設有一階梯型收窄結構，金屬縫隙的長度和寬度可根據實際吸波頻段的需求進行選擇。

所述耦合金屬線位于介質基板的另一側，為倒置的U形結構，具體由兩段等長且相互平行的z軸向金屬線，一段y軸向金屬線組成。

耦合金屬線的U形封閉端朝向金屬縫隙的開放端。

位于耦合金屬線的y軸向金屬線正中心位置嵌入電阻。耦合金屬線將金屬縫隙中的電磁場耦合到該金屬線上由電阻進行吸收。

所述的金屬縫隙中心、耦合金屬線的中心位于本發明吸波體z軸向中軸線上。

耦合金屬線的y軸向金屬線部分橫跨金屬縫隙，兩根z軸向金屬線落在金屬層非金屬縫隙的相對位置。

耦合金屬線的y軸向金屬線距離單元頂端(即介質基板的金屬縫隙開放端所在一側)距離為5mm。該位置決定了從金屬縫隙到金屬線的耦合強度，因此影響著該吸波體的輸入阻抗，進而決定了對入射電磁波的吸波率。