CN111293441A - 一种吸透波一体化吸波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸透波一体化吸波器，包括上层的吸波层，下层的透波层以及这两层之间的空气层，其中吸波层用以吸收高频部分的电磁波，透波层用以透射低频部分的电磁波，空气层用以衔接吸波层和透波层，以使吸透波一体化吸波器在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带。本发明相比于普通的吸透波一体化结构具有在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带，厚度也比较薄，这能够更好的应用在天线罩上，实现带内透波，带外隐身的效果。

Description

一种吸透波一体化吸波器
技术领域
本发明涉及电磁场与微波技术，具体涉及一种吸透波一体化吸波器。
背景技术
天线罩是安装在各种武器飞机的雷达天线外面，用来保护天线不受外面各种因素的影响的保护罩，同时也是各种武器雷达天线发射和接收电磁信号的透波窗口。随着现在电子对抗技术不断地发展，人们对天线罩的研究日渐增多，同时对其功能的要求也越来越高。隐身技术天线罩主要的作用是用于缩减各种武器飞机雷达天线的雷达散射截面(RCS)。实现隐身天线罩主要分成两类，一类是用雷达吸波材料，还有一类则是加载FSS的天线罩。
雷达吸波材料虽然是一种缩减RCS的有效途径，但是它们大多是放在损耗层的，而且其厚度比较厚，不利于隐身技术，所以研究加载FSS的天线罩成为了热点。加载FSS的天线罩研究最早始于美国，1974年研究人员设计出了第一款FSS隐身天线罩，然后不断改进，并且在2002年应用在了F-22战斗机上，取得了不错的成果，这大大的飞机的隐身能力以及抗干扰能力。国内虽然起步较晚，但是随着我国经济实力的逐渐提高，国内学者开始越来越多的对隐身天线罩进行研究。与美国一样，国内的隐身天线罩大多都是采用加载FSS来实现的，目前虽然已经能够自主实现加载到武器装备上，但是与国外还是存在一定的差距。
当前研究的加载FSS天线罩虽然能够实现隐身，但是尚无法满足天线在带外隐身、带内透波的要求。
发明内容
发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种吸透波一体化吸波器，能有效解决传统的FSS吸波天线罩透波带窄，厚度较厚的现状。为电磁隐身、电磁兼容和雷达吸波领域提供重要的技术支持，具有重要的军事和民用价值。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种吸透波一体化吸波器，包括上层的吸波层，下层的透波层以及这两层之间的空气层，其中吸波层用以吸收高频部分的电磁波，透波层用以透射低频部分的电磁波，空气层用以衔接吸波层和透波层使其成为一个整体结构，以使吸透波一体化吸波器在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带。
可选的，吸波层包括第一介质基板以及加载在第一介质基板上表面的电阻方环结构。
优选的，电阻方环结构为一四个边上分别加载一个电阻的金属方环。通过电阻的损耗将电磁波损耗掉从而达到吸波的效果。
优选的，第一介质基板为介质FR4，其介电常数为4.3，FR4介质层厚度h1＝1.31mm。
可选的，透波层包括第二介质基板、第三介质基板、第一FSS层、第二FSS层和第三FSS层，且第一FSS层加载在第二介质基板的上表面，第二FSS层加载在第二和第三介质基板之间，第三FSS层加载在第三介质基板的下表面。
优选的，第一FSS层和第三FSS层结构相同，包括四个第一金属方环，四个第一金属方环分别位于方形结构的四个角，方环结构简单，制作起来比较方便，同时达到的透波效果是比较好的，第二FSS层包括一个第二金属方环。与第一和第三层FSS的方环结构相结合，使该透波效果达到最优。
优选的，第二介质基板和第三介质基板为介质特氟龙，其介电常数为2.2，特氟龙介质层厚度h2＝0.25mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)采用了中心对称结构，与普通的结构相比，吸透波一体化吸波器有着更好的极化稳定性与角度稳定性。
(2)采用了吸波层与透波层，通过空气层的衔接使吸透波一体化吸波器有着在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带，有效的解决了传统吸透波一体化吸波器的不足。
附图说明
图1是吸透波一体化吸波器结构侧视图；
图2是吸透波一体化吸波器的上下层结构示意图，其中(a)是吸波层的电阻方环结构示意图，(b)是透波层的第一FSS层和第三FSS层结构示意图，(c)是透波层的第二FSS层结构示意图；
图3是吸透波一体化吸波器反射系数与传输系数曲线示意图。
具体实施方式
为了更加清楚明白地阐明本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明研究的重点在于设计出一款带外隐身、带内透波及吸透波一体化的吸波器。主要由四层FSS层、三层介质层以及一层空气层组成，上层吸波层由1层FSS层与一层介质层组成，主要用于吸波，下层透波层由三层FSS层以及两层介质层组成，主要用于透波，上下层主要由中间的空气层级联。这种吸波器是由上层的吸波层，下层的透波层以及这两层之间的空气层组成，所述吸波层是由一层介质基底与加载在基底上的一个加载了四个电阻的方环组成，所述透波层是由两层介质基板与三层FSS层组成。该吸透波一体化吸波器工作原理主要是：由上层负责在高频部分吸波的吸波层，以及下层在低频部分透波的透波层同时工作，最终得到一个在低频透波高频吸波的吸透波一体化吸波器。该吸透波一体化吸波器在6.18-10.57GHz内有一个4.39GHz宽的透波带，在13.12-17.19GHz内有一个4.07GHz宽的吸波带。该吸透波一体化吸波器的总厚度为7.87mm，其中上层介质层是0.25mm，下层介质层都是1.31mm，空气层都是5mm。本发明相比于普通的吸透波一体化吸波器具有在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带，厚度也比较薄，这能够更好的应用在天线罩上，实现带内透波，带外隐身的效果。具体的：
如图1所示，本发明实施例的一种吸透波一体化吸波器，包括上层的吸波层1，下层的透波层2以及这两层之间的空气层3，其中吸波层用以吸收高频部分的电磁波，透波层用以透射低频部分的电磁波，空气层用以衔接吸波层和透波层使其成为一个整体结构，以使吸透波一体化吸波器在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带，有效的解决了传统吸透波一体化吸波器的不足。
吸波层包括第一介质基板11以及加载在第一介质基板上表面的电阻方环结构12，透波层包括第二介质基板21、第三介质基板22、第一FSS层23、第二FSS层24和第三FSS层25，且第一FSS层加载在第二介质基板的上表面，第二FSS层加载在第二和第三介质基板之间，第三FSS层加载在第三介质基板的下表面。第一介质基板的厚度为h1，第二介质基板和第三介质基板的厚度为h2，空气层厚度为t。
如图2(a)所示，电阻方环结构为一四个边上分别加载一个电阻13的金属方环，该金属方环外边长d1＝5.5mm，金属方环的宽度为W1，其中p是介质基板的边长，p＝10mm。第一介质基板为介质FR4，其介电常数为4.3，FR4介质层厚度h1＝1.31mm。
如图2(b)-(c)所示，第一FSS层和第三FSS层结构相同，包括四个第一金属方环201，四个第一金属方环分别位于方形结构的四个角，第一金属方环外边长d2＝3.34mm，第一金属方环环宽w2＝0.21mm；第二FSS层包括一个第二金属方环202，第二金属方环外边长d3＝9.75mm，第二金属方环环宽也是w2＝0.21mm；第二介质基板和第三介质基板为介质特氟龙，其介电常数为2.2，特氟龙介质层厚度h2＝0.25mm。
空气层厚度为t＝5mm。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种吸透波一体化吸波器结构为中心对称结构，与普通的结构相比，吸透波一体化结构有着更好的极化稳定性与角度稳定性。
本发明采用了吸波层与透波层，通过空气层的衔接使吸透波一体化吸波器在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带，有效的解决了传统吸透波一体化吸波器的不足。
根据一种吸透波一体化吸波器的工作频段，介质基板的材料可选择FR4、特氟龙等，金属结构材料可选择导电性好、性质稳定的金属，如铜、金和铝等，电阻可选择普通的电阻。
图3给出了一种吸透波一体化吸波器吸波率的仿真结果图。从图中可知该吸透波一体化吸波器在6.18-10.57GHz内有一个4.39GHz宽的透波带，在13.12-17.19GHz内有一个4.07GHz宽的吸波带。

Claims (7)

1.一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：包括上层的吸波层(1)，下层的透波层(2)以及这两层之间的空气层(3)，其中吸波层用以吸收高频部分的电磁波，透波层用以透射低频部分的电磁波，空气层用以衔接吸波层和透波层，以使吸透波一体化吸波器在吸波频带比较宽的的情况下有着比较宽的透波带。
2.根据权利要求1所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：吸波层包括第一介质基板(11)以及加载在第一介质基板上表面的电阻方环结构(12)。
3.根据权利要求2所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：电阻方环结构为一四个边上分别加载一个电阻(13)的金属方环。
4.根据权利要求2所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：第一介质基板为介质FR4，其介电常数为4.3，FR4介质层厚度h1＝1.31mm。
5.根据权利要求1所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：透波层包括第二介质基板(21)、第三介质基板(22)、第一FSS层(23)、第二FSS层(24)和第三FSS层(25)，且第一FSS层加载在第二介质基板的上表面，第二FSS层加载在第二和第三介质基板之间，第三FSS层加载在第三介质基板的下表面。
6.根据权利要求5所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：第一FSS层和第三FSS层结构相同，包括四个第一金属方环(201)，四个第一金属方环分别位于方形结构的四个角，第二FSS层包括一个第二金属方环(202)。
7.根据权利要求5所述的一种吸透波一体化吸波器，其特征在于：第二介质基板和第三介质基板为介质特氟龙，其介电常数为2.2，特氟龙介质层厚度h2＝0.25mm。
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