CN107342462A - 具有隐身特性的阵列天线 - Google Patents

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沈静
鄢学全
周丹晨
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Abstract

本发明涉及电磁隐身技术领域，具体提供了一种具有隐身特性的阵列天线，相邻天线之间设有至少两列超材料吸波单元，且相邻天线之间的超材料吸波单元的列数相同，相邻天线之间的各超材料吸波单元之间的间距为第一间距，同一天线两侧的与该天线相邻的超材料吸波单元之间的间距为第二间距，第一间距与第二间距不同，超材料吸波单元设有金属地层、磁性吸波材料、多层PMI泡沫层、多层PET介质衬底和多层电阻膜层，其中PMI泡沫层、PET介质衬底和电阻膜层交错设置，该阵列天线解决了传统超材料吸波结构加载阵列天线的应用条件下，吸波特性大幅度下降的问题，改善了非均匀间距开槽超材料吸波结构在实际天线加载应用中的综合性能。

Description

具有隐身特性的阵列天线
技术领域
本发明涉及电磁隐身技术领域，特别涉及具有隐身特性的阵列天线。
背景技术
超材料是一种由众多微小结构按周期性排列组合而成的特种复合材料，不同的结构单元对电磁波有不同的响应特性，对不同的结构单元进行重新排列组合，可以在宏观上改变整个材料的电磁特性。
超材料吸波结构是指将周期性排列的超材料微结构和介质基板相结合而组成的一类复合吸波材料，通过微结构与传统材料的结构、形式、尺寸、基材、厚度、分层布板的调谐优化、改变复合吸波材料的复介电常数、复磁导率、电磁损耗角正切因子、电导率以及特征阻抗等宏观参数，具有厚度薄、质量轻、吸收强、频带灵活可调以及材料的电磁参数可调谐设计等优势，在电磁隐身领域具有广泛的应用。
然而，当超材料吸波结构应用于Vivaldi阵列天线降低阵面RCS时，将面临超材料吸波结构被阵列严重分割而导致不得不在超材料吸波结构表面开槽的问题，这必将破坏吸波材料内部超材料微结构的周期特性，大大影响超材料吸波结构各频段下的吸波特性，限制其在阵列天线RCS减缩设计中的实际应用。
发明内容
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种具有隐身特性的阵列天线，相邻天线之间设有至少两列超材料吸波单元，且相邻天线之间的超材料吸波单元的列数相同，相邻天线之间的各超材料吸波单元之间的间距为第一间距，同一天线两侧的与该天线相邻的超材料吸波单元之间的间距为第二间距，所述第一间距与所述第二间距不同；
超材料吸波单元包括从底层至顶层依次设置的金属地层、磁性吸波材料、PMI泡沫层A、PET介质衬底A、电阻膜层A、PMI泡沫层B、PET介质衬底B、电阻膜层B、PMI泡沫层C、PET介质衬底C、电阻膜层C、PMI泡沫层D、PET介质衬底D、电阻膜层D、PET介质衬底E；
电阻膜层A包括外层电阻膜和内层电阻膜，外层电阻膜位于电阻膜层A的最外侧，外层电阻膜和内层电阻膜的形状相同，且外层电阻膜和内层电阻膜之间、内层电阻膜中心处均为半固化片介质胶；
电阻膜层B包括电阻膜B，电阻膜B外侧为半固化片介质胶；
电阻膜层C包括矩阵式排列的多个电阻膜C，各电阻膜C的形状相同，且各电阻膜C的四周外侧均为半固化片介质胶；
电阻膜层D包括矩阵式排列的多个电阻膜D，各电阻膜D的形状相同，且各电阻膜D的外侧均为半固化片介质胶。
优选的，相邻天线之间设有两列超材料吸波单元。
优选的，超材料吸波单元中的各层之间均通过半固化片介质胶连接固定。
优选的，电阻膜层C包括四个电阻膜C。
优选的，电阻膜层D包括十六个电阻膜D。
优选的，各PMI泡沫层的厚度均相同。
优选的，各PET介质衬底的厚度均相同。
优选的，各电阻膜厚度相同。
本发明提供的具有隐身特性的阵列天线，解决了传统超材料吸波结构加载阵列天线的应用条件下，吸波特性大幅度下降的问题，调和了超材料吸波结构设计与实际应用之间的矛盾，改善了非均匀间距开槽超材料吸波结构在实际天线加载应用中的综合性能，具有可定制特性；所设计的超材料吸波结构应用于天线阵列，具有强度高、厚度薄，在1GHz至18GHz的超宽频带内都有良好的吸波效果；该吸波结构适用于机载、弹载、星载等平台下雷达天线的综合电磁隐身，具有重要的应用价值。
附图说明
图1是具有隐身特性的阵列天线的俯视示意图；
图2是超材料吸波单元的侧视示意图；
图3是电阻膜层A的俯视示意图；
图4是电阻膜层B的俯视示意图；
图5是电阻膜层C的俯视示意图；
图6是电阻膜层D的俯视示意图；
图7是超材料吸波结构的反射率对比曲线图。
附图标记：金属地层1，磁性吸波材料2，PMI泡沫层A31，PET介质衬底A32，电阻膜层A33，外层电阻膜331，内层电阻膜332，PMI泡沫层B41，PET介质衬底B42，电阻膜层B43，电阻膜B431，PMI泡沫层C51，PET介质衬底C52，电阻膜层C53，电阻膜C531，PMI泡沫层D61，PET介质衬底D62，电阻膜层D63，电阻膜D631，PET介质衬底E7，半固化片介质胶8，天线9。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明是针对超材料吸波结构应用于Vivaldi阵列天线后存在材料被分割开槽，超材料微结构的周期性被破坏而导致吸波性能大幅下降等问题，提出一种基于非均匀间距开槽的超材料吸波结构，开槽分割导致吸波材料内超材料微结构的非均匀间距分布，非均匀间距开槽下微结构产生不同频率与极化响应，需对辐射阵列电壁作用下的开槽超材料吸波结构进行综合优化设计，包括缝隙大小、四层电阻膜的外形尺寸、方阻值等进行合理的设计优化，使其达到最佳匹配状态，再配合磁性吸波材料的作用，就可以实现复合吸波结构加载天线阵列应用下的超宽频带高强吸收及隐身特性，该具有隐身特性的阵列天线的结构如下：
如图1所示，相邻天线9之间设有至少两列超材料吸波单元，且相邻天线9之间的超材料吸波单元的列数相同，本实施例中优选的是，相邻天线9之间设有两列超材料吸波单元；相邻天线9之间的各超材料吸波单元之间的间距为第一间距，同一天线9两侧的与该天线9相邻的超材料吸波单元之间的间距为第二间距，所述第一间距与所述第二间距不同；对于多个超材料吸波单元组成的超材料吸波结构来说，由于要与天线9相装配，因此需要在天线9所装配的位置处开槽分割以用于放置天线9，而所述第一间距与所述第二间距不同，因此该超材料吸波结构为非均匀间距开槽的超材料吸波结构，或非均匀周期开槽的超材料吸波结构。
如图2所示，超材料吸波单元包括从底层至顶层依次设置的金属地层1、磁性吸波材料2、PMI泡沫层A31、PET介质衬底A32、电阻膜层A33、PMI泡沫层B41、PET介质衬底B42、电阻膜层B43、PMI泡沫层C51、PET介质衬底C52、电阻膜层C53、PMI泡沫层D61、PET介质衬底D62、电阻膜层D63、PET介质衬底E7；
其中，PET介质衬底A32、PET介质衬底B42、PET介质衬底C52和PET介质衬底D62用于对应电阻膜的附着，PET介质衬底E7覆盖在电阻膜层D63上，对该层电阻膜起到保护作用，各层PMI泡沫层用于支撑相邻的电阻膜层，磁性吸波材料2用于改善低频吸波特性；
本实施例中优选的是，超材料吸波单元中的上述从底层至顶层的各层之间均通过半固化片介质胶连接固定，且各电阻膜的厚度相同，即外层电阻膜331、内层电阻膜332、电阻膜B431、电阻膜C531和电阻膜D631的厚度相同。
如图3所示，电阻膜层A33包括外层电阻膜331和内层电阻膜332，外层电阻膜331位于电阻膜层A33的最外侧，外层电阻膜331和内层电阻膜332的形状相同，且外层电阻膜331和内层电阻膜332之间、内层电阻膜332中心处均为半固化片介质胶8。
如图4所示，电阻膜层B43包括电阻膜B431，电阻膜B431外侧为半固化片介质胶8。
如图5所示，电阻膜层C53包括矩阵式排列的多个电阻膜C531，各电阻膜C531的形状相同，且各电阻膜C531的四周外侧均为半固化片介质胶8；本实施例中优选的是，电阻膜层C53包括四个电阻膜C531。
如图6所示，电阻膜层D63包括矩阵式排列的多个电阻膜D631，各电阻膜D631的形状相同，且各电阻膜D631的外侧均为半固化片介质胶8；本实施例中优选的是，电阻膜层D63包括十六个电阻膜D631。
在一个优选实施例中，各PMI泡沫层13的厚度均相同，各PMI泡沫层13的厚度不相同也可以实现本发明，各PET介质衬底14的厚度均相同，各PET介质衬底14的厚度不相同也可以实现本发明。
具体的，超材料吸波单元的长宽均为3.5mm，总厚度约为6.5mm。其中四层PMI泡沫层的厚度均为1.2mm，相对介电常数为1.15，五层PET介质衬底的厚度均为0.125mm，相对介电常数为3.1，电阻膜层A33的方阻值为160Ω，电阻膜层B43的方阻值为220Ω，电阻膜层C53的方阻值为350Ω，电阻膜层D63的方阻值为60Ω，磁性吸波材料2的厚度为1mm。
如图7所示，其中本发明对应的曲线为非均匀间距开槽的超材料吸波结构，可以看出相对于直接开槽的超材料吸波结构，非均匀间距开槽的超材料吸波结构的吸波特性得到了显著改善，高达10dB，与未开槽的超材料吸波结构性能相当。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种具有隐身特性的阵列天线，其特征在于，相邻天线(9)之间设有至少两列超材料吸波单元，且相邻天线(9)之间的超材料吸波单元的列数相同，相邻天线(9)之间的各超材料吸波单元之间的间距为第一间距，同一天线(9)两侧的与该天线(9)相邻的超材料吸波单元之间的间距为第二间距，所述第一间距与所述第二间距不同；
超材料吸波单元包括从底层至顶层依次设置的金属地层(1)、磁性吸波材料(2)、PMI泡沫层A(31)、PET介质衬底A(32)、电阻膜层A(33)、PMI泡沫层B(41)、PET介质衬底B(42)、电阻膜层B(43)、PMI泡沫层C(51)、PET介质衬底C(52)、电阻膜层C(53)、PMI泡沫层D(61)、PET介质衬底D(62)、电阻膜层D(63)、PET介质衬底E(7)；
电阻膜层A(33)包括外层电阻膜(331)和内层电阻膜(332)，外层电阻膜(331)位于电阻膜层A(33)的最外侧，外层电阻膜(331)和内层电阻膜(332)的形状相同，且外层电阻膜(331)和内层电阻膜(332)之间、内层电阻膜(332)中心处均为半固化片介质胶(8)；
电阻膜层B(43)包括电阻膜B(431)，电阻膜B(431)外侧为半固化片介质胶(8)；
电阻膜层C(53)包括矩阵式排列的多个电阻膜C(531)，各电阻膜C(531)的形状相同，且各电阻膜C(531)的四周外侧均为半固化片介质胶(8)；
电阻膜层D(63)包括矩阵式排列的多个电阻膜D(631)，各电阻膜D(631)的形状相同，且各电阻膜D(631)的外侧均为半固化片介质胶(8)。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，相邻天线(9)之间设有两列超材料吸波单元。
3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，超材料吸波单元中的各层之间均通过半固化片介质胶连接固定。
4.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，电阻膜层C(53)包括四个电阻膜C(531)。
5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，电阻膜层D(63)包括十六个电阻膜D(631)。
6.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，各PMI泡沫层(13)的厚度均相同。
7.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，各PET介质衬底(14)的厚度均相同。
8.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，各电阻膜厚度相同。
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