[發明專利]一種抗高功率電磁毀傷平面陣列天線單元

在審

• 申請號: 202211552933.2
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN116154486A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 任高飛;史蘇陽;劉建東;王健;陳文俊;常德杰
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七二四研究所
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
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本發明涉及一種抗高功率電磁毀傷平面陣列天線單元，該單元包括方形輻射貼片，介質基板、反射板、50Ω饋電同軸以及位于貼片上方的能量選擇表面裝置。其中，能量選擇表面裝置由介質板、介質板上層的金屬方環和圓形貼片以及PIN二極管組成。二極管根據空間中電磁能量的強度實現截止和導通狀態。當空間中電磁能量強度較弱，低于二極管的導通閾值時，能量選擇表面等同于頻率選擇表面，天線在通帶內能夠正常工作；當空間中的電磁能量強度高于二極管的導通閾值時，上層結構的頻率選擇特性失效，能量選擇表面起到屏蔽電磁波的作用，可對天線后端的電路起到防護作用。本發明天線具有能量選擇特性，適用于雷達強電磁防護領域。

技術領域

本發明屬于強電磁防護技術。

背景技術

近些年來，隨著高功率電磁武器、電磁脈沖武器的不斷發展，電子系統、通信系統等受到了嚴重的威脅。強電磁輻射具有輻射功率大、峰值場強高、組合波形多變、殺傷范圍廣等特征，易于對電子元件、芯片等造成損傷，甚至使得整個系統發生癱瘓，因此關于高功率微波和強電磁脈沖的防護逐漸受到關注。

電磁脈沖一般是通過“前門”耦合和“后門”耦合的方式耦合到電子系統內。“前門”耦合是指電磁波通過天線以及傳感器等射頻前端的信號接收裝置耦合，能量通過天線和傳感器傳到系統內部，再由傳輸線傳輸到系統內部的設備元件上。“后門”耦合是指電磁波通過電纜、接頭、孔縫等耦合進入電子信息系統內。電子通信裝備的發展對于電磁防護頻帶、屏蔽效能、啟動防護的響應速度以及內部元件的電磁毀傷閾值等性能指標要求提出了很高的要求。目前采用的高功率電磁防護措施多是從電磁兼容技術發展而來，主要分為屏蔽、濾波以及限幅等措施。電磁屏蔽屬于空域防護技術，主要采用空間隔離的方法，將敏感的電子電氣設備與高功率電磁環境進行隔離，以保證其不受損害，理想的電磁屏蔽方式是金屬屏蔽，但是其在有效屏蔽電磁脈沖的同時，也導致設備的所需信號無法正常收發。

天線作為外界空間與電子設備內部信號處理系統相連接的器件，在強電磁脈沖照射下，天線端口耦合進入電子系統的能量很強。針對強電磁威脅，射頻前端的空間防護要求在能夠抵御強電磁脈沖攻擊的同時，天線又要有效發送和接收信號，因此天線要具有能量低通的特性，即當空間中電磁信號能量過強時天線能夠自動屏蔽電磁信號，保護后端電路器件不受損害，當處于正常的電磁環境中，天線保持正常的工作狀態。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種抗高功率電磁毀傷平面陣列天線單元，根據空間中能量強弱自適應實現電磁波的接收與屏蔽，可有效保護電子設備。

本發明采取的技術設計方案為：

一種抗高功率電磁毀傷平面陣列天線單元，包括同軸饋電的貼片天線單元和上層的能量選擇表面裝置，天線和能量選擇表面裝置可在組成陣列后中間增加介質螺釘連結成一體結構；

進一步的，天線單元包括方形輻射貼片、介質基板、金屬接地板和50Ω饋電同軸，單元的橫向尺寸為λ2×λ2；

進一步的，能量選擇表面裝置由2×2個能量選擇單元組成，每個單元包括介質基板，金屬方環和圓形貼片以及PIN二極管，單個能量選擇單元的橫向尺寸為λ4×λ4，4個能量選擇單元采用2×2的形式排列保證與貼片天線的橫向尺寸一致，能量選擇表面裝置與下層的微帶貼片天線縱向剖面間距為λ4；

進一步的，二極管跨接在方環內部四條邊的中心與圓形貼片之間，并且在水平方向和垂直方向的正負朝向分別保持一致，二極管根據空間中的電磁能量強度自適應實現導通和截止。

進一步的，方形貼片天線的介質基板采用Arlon430板材，能量選擇裝置的介質基板采用Rogers5880板材，PIN二極管采用恩智浦公司的BAP51-02型號。

本發明的有益效果為：當空間中電磁能量低于安全閾值時，電磁波能夠通過能量選擇表面裝置，天線保持正常接收功能，當電磁能量高于安全閾值時，天線上方的能量選擇表面裝置被激勵，電磁波無法通過能選表面進入內部電路，起到屏蔽電磁波的作用，可有效避免高功率脈沖對電子器件的損毀。