CN110165421A - 一种宽带吸波频率选择表面 - Google Patents

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王韵文
王毅
曹群生
李黄炎
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape

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Abstract

本发明公开了一种宽带吸波频率选择表面，包含上、下两层介质板，两层介质板之间为空气层，上层介质板的表面设有周期排列的双方环金属贴片，其中内方环金属贴片和外方环金属贴片均加载有电阻，下层介质板为金属板。本发明能够有效解决现有吸波器厚度较大、吸波频段较窄的问题。

Description

一种宽带吸波频率选择表面
技术领域
本发明属于电磁超材料技术领域，特别涉及了一种频率选择表面。
背景技术
频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是由周期性排布的金属贴片或缝隙组成，具有良好的空间滤波特性，能够在传输带内电磁波的同时反射带外电磁波。
电磁波吸波器可以用于降低雷达散射截面积，实现雷达隐身。微波吸收器设计要求带宽宽，厚度小。最早的吸波器——Salisbury屏，由电阻膜、介质、金属底板组成。当介质厚度为四分之一波长时，自由空间与吸波器的阻抗匹配，产生吸波效果。但是这种吸波器吸收带宽窄，且厚度较厚。Jaumann吸收体可以改善吸收带宽，但是以增加总厚度为代价。在引入基于频率选择性表面(FSS)的吸收体之前，大多数EM吸收体的工作集中在通常发现的吸收性材料上，如金字塔吸收体、铁氧体瓷砖和碳纳米管。然而，这些吸收体通常很脆弱，体积大，表面质量和密度较大，这些都限制了它们的实际应用。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种宽带吸波频率选择表面，在增加吸波器带宽的同时，减小吸波器厚度。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种宽带吸波频率选择表面，包含上、下两层介质板，两层介质板之间为空气层，上层介质板的表面设有周期排列的双方环金属贴片，其中内方环金属贴片和外方环金属贴片均加载有电阻，下层介质板为金属板
基于上述技术方案的优选方案，每个方环金属贴片的每条边的中点处串联了电阻。
基于上述技术方案的优选方案，所述双方环金属贴片中，外方环金属贴片上的电阻的阻值为300欧姆，内方环金属贴片上的电阻的阻值为120欧姆。
基于上述技术方案的优选方案，所述上层介质板的厚度为0.25mm，空气层的厚度为6.5mm。
基于上述技术方案的优选方案，所述上层介质板为F4BM板。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明设计的宽带吸波频率选择表面由于是对称结构，且是方环结构，因此具有双极化特性和较好的角度稳定性，经仿真实验证明，本发明设计的吸波器拥有较大的带宽，且厚度小于现有的吸波器；
(2)本发明采用等效电路法进行分析设计，结构简单，易于加工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，包括(a)(b)两幅子图，分别为俯视图和侧视图；
图2是本发明的等效电路图；
图3是仿真实验的S11参数示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明设计的宽带吸波频率选择表面，包含上、下两层介质板，两层介质板之间为空气层，上层介质板的表面设有周期排列的双方环金属贴片，每个方环金属贴片加载有电阻，下层介质板为金属板。优选地，在每个方环金属贴片的每条边的中点处串联电阻。
图2为本发明设计的宽带吸波频率选择表面的等效电路图。双方环中的每一个方环等效为一条电容(图中的C1、C2)、电感(L1、L2)和电阻(R1、R2)串联的电路，双环则是将两个串联电路并联。上层介质板的特征阻抗与其介电常数有关，等效为长度为h2、特征阻抗为Z02的传输线。空气层的特征阻抗约等于自由空间的特征阻抗，等效为长度为h1，特征阻抗为Z01＝377欧姆的传输线。
本发明吸波器的反射系数S11可以由下列公式得到：
其中，Zin为吸波器的输入阻抗，Z0为自由空间的特征阻抗，为377欧姆。
输入阻抗Zin计算公式如下：
Zsurf＝Z1//Z2
Zs1＝jZ01tan(β1h1)
Zin＝Zs2//Zsurf
其中，β1，β2为2条传输线的相位常数。
由上述可知，当Zin＝Z0，也就是Zin的虚部相消为零，实部等于自由空间的特征阻抗时，吸波器的反射系数S11为零，具有吸波效果。
下面通过仿真实验对本发明的性能进行详细说明。
本实验采用如下结构参数：
外方环边长d1＝11.2mm,内方环边长d2＝5.8mm,方环金属贴片的宽度为0.4mm，外方环上的电阻设置为300欧姆，内方环上的电阻为120欧姆。上层介质板为F4BM，其相对介电常数为2.2，厚度h2＝0.25mm。空气层的厚度h1＝6.5mm。使用CST Microwave Studio的频域求解器进行仿真，可以得到S11参数，如图3所示，可以看出，S11低于-10dB的频带范围为3.9-18.1GHz，具有宽频带吸波的特性。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽带吸波频率选择表面，其特征在于：包含上、下两层介质板，两层介质板之间为空气层，上层介质板的表面设有周期排列的双方环金属贴片，其中内方环金属贴片和外方环金属贴片均加载有电阻，下层介质板为金属板。
2.根据权利要求1所述宽带吸波频率选择表面，其特征在于：每个方环金属贴片的每条边的中点处串联了电阻。
3.根据权利要求2所述宽带吸波频率选择表面，其特征在于：所述双方环金属贴片中，外方环金属贴片上的电阻的阻值为300欧姆，内方环金属贴片上的电阻的阻值为120欧姆。
4.根据权利要求1所述宽带吸波频率选择表面，其特征在于：所述上层介质板的厚度为0.25mm，空气层的厚度为6.5mm。
5.根据权利要求1所述宽带吸波频率选择表面，其特征在于：所述上层介质板为F4BM板。
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