CN112332109B - 一种基于2.5d结构的宽带透波型频率选择吸波体 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，解决现有频率选择吸波体透波带宽窄的问题。由损耗层、无损层及空气层构成频率选择吸波体，损耗层上印制有周期排列的谐振器，每个谐振器子单元以0°为基准方向，沿介质板中心旋转90°、180°和270°定位构成；每个子单元中有宽度相等的短、长单边圆角、双边圆角和矩形金属贴片；长、短单边圆角金属贴片间印刷有由交替分布在介质板上下层的相同双边圆角金属贴片沿直角弯折路径形成2.5D折弯的金属条带。本发明利用2.5D结构形成直角弯折金属条带结构，拓宽频率选择吸波体透波带宽，实现宽透波带、双边吸波、极化不敏感、角度稳定和小单元尺寸特性，适用于具有隐身需求的宽带天线***。

Description

一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体
技术领域
本发明属于人工超材料技术领域，涉及频率选择吸波体，具体是一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，可用于雷达天线、通信天线等诸多具有低散射需求的宽带天线***。
背景技术
低散射特性是现代武器装备设计中的重要评价指标之一。具有带通特性的频率选择表面天线罩，在天线的工作频段具有透波特性，从而保证天线***辐射特性不受影响。而在天线非工作频段，该类天线罩能够将来波反射到其他非威胁方向，有效减缩了天线***的单站雷达散射截面(RCS)，提升天线***的隐身性能。因此，具有带通特性的频率选择表面天线罩广泛应用于各类低散射武器装备的设计中。随着多站雷达和探测技术的不断发展，仅缩减天线***的单站RCS已经难以起到良好的隐身效果。
频率选择吸波体(Frequency Selective Rasorber,FSR)作为一种新型周期性人工电磁结构，可以视为具有带通特性的频率选择表面与吸波结构的结合。该类结构在天线***的工作频带具有透波特性，从而不影响天线***的辐射特性。在天线***的工作频带外，该类结构能吸收外来电磁波，并转化为热能耗散，从而同时减缩天线***的单站、双站RCS。根据其吸透特性，可将频率选择吸波体分为以下三类：1.吸-透型，即低频处具有吸波特性，高频处具有透波特性；2.透-吸型，即低频处具有透波特性，高频处具有吸波特性；3.吸-透-吸型，即中间频带具有透波特性，高低频处具有吸波特性。考虑现代雷达天线***往往为宽带***，具有宽透波特性的“吸-透-吸”型频率选择吸波体更符合实际应用需要，具有更广阔的应用前景。然而，国内外针对具有宽透波带特性的“吸-透-吸”型频率选择吸波体的设计主要依赖3D结构实现。3D结构具有加工难度大，加工成本高、成品体积大及对来波极化方式敏感等诸多缺点。而2D频率选择吸波体结构往往透波带较窄，难以满足宽带天线***的应用需求。
为了实现宽透波特性，研究人员主要通过多个谐振结构级联，以提高谐振结构的等效阻抗，从而拓宽透波频带。如2020年，王玲玲等人在IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters期刊的第19期337-340页上发表了一篇名为《Frequency SelectiveRasorber With a Wide High Transmission Passband Based on Multiple CoplanarParallel Resonances》的论文，公开了一种基于多个交指型谐振器级联具有宽透波特性的频率选择吸波体。该结构利用多个交指型谐振器级联使得结构在宽带范围内实现高阻抗特性，从而实现宽带透波。最终，该结构能够在8.1-11GHz内实现透波，相对带宽为30.3％。此外，该结构还具有双边吸波特性及极化不敏感特性。但30.3％的相对带宽与宽带天线***的工作带宽相比仍有较大差距。此外，多个谐振器级联使得该结构单元尺寸较大，角度稳定性较差、难以在有限空间内应用等诸多问题。
随着宽带天线***的广泛应用和对宽带天线***单站、双站RCS减缩的迫切需要，现有频率选择吸波体透波带宽较窄且单元尺寸较大，客观上亟需对于具有双边吸波、高角度稳定特性和极化不敏感的宽透波带(S21小于-1dB)特性的频率选择吸波体用于具有隐身需求的宽带雷达天线***，但是目前尚未实现满足宽带天线***隐身需求的频率选择吸波体。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足及客观需求，提出了一种宽透波且单元尺寸较小的基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体。
本发明是一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，包括损耗层、无损层及损耗层与无损层中间的空气层，损耗层和无损层均以方形介质板为基底，介质板上印制有周期排布的金属贴片，损耗层上周期性的印刷有金属贴片形成的谐振器，损耗层、无损层与其中间的空气层共同构成频率选择吸波体，其特征在于：所述损耗层上印制有M×N(M≥5，N≥5)个周期排列的谐振器；每个谐振器由以0°为基准的子单元，并以方形介质板中心为旋转中心沿逆时针或顺时针方向依次旋转90°、180°和270°定位构成；每个子单元中包含宽度相等的短单边圆角金属贴片、长单边圆角金属贴片、双边圆角金属贴片和矩形金属贴片的基本贴片，短单边圆角金属贴片的矩形边中心位于基准0°处，短单边圆角金属贴片与长单边圆角金属贴片的中心对称线与方形介质板的中心对称线重合，长单边圆角金属贴片和短单边圆角金属贴片的圆角相对的空间区域中印刷有由若干相同尺寸的双边圆角金属贴片交替分布在介质板上下层并沿直角弯折路径通过介质板上下层之间的金属化过孔形成2.5D折弯型金属条带结构，矩形金属贴片的中心位于长、短单边圆角金属贴片的中心对称线上，且其长度方向与长、短单边圆角金属贴片的中心对称线垂直，长单边圆角金属贴片的直角边与矩形金属贴片通过电阻连接，将介质板上表面印制的金属条带称为第一金属条带群，将介质板下表面印刷的金属条带称为第二金属条带群。
本发明解决了宽带天线***隐身，旨在保证双边吸波、极化不敏感和高角度稳定性的同时，拓宽频率选择吸波体的透波带宽和小型化单元尺寸。此外，本发明的2.5D结构还能够保持2D结构易加工、易集成的优点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
有效的拓宽了频率选择吸波体的-1dB透波带宽：本发明引入金属化过孔形成2.5D结构，有效的提高了本结构谐振点处的等效阻抗，从而拓宽了本结构的透波带宽，仿真结果显示本发明有效的拓宽了频率选择吸波体的-1dB透波带宽；
小型化结构，提高了宽带吸透一体的角度稳定性及可集成度：本发明引入金属化过孔形成2.5D结构，有效的减小了单元尺寸，提高了本发明的可集成度。此外，较小的单元尺寸还减小了电磁波斜入射时在无源谐振单元间产生的反射相位差，避免了常规级联型宽透波带频率选择吸波体大单元尺寸带来的角度敏感特性，有效的提高了宽带吸透一体的角度稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2(a)是本发明损耗层一个谐振器的平面结构示意图；
图2(b)是本发明损耗层一个谐振器的立体结构示意图，也是图2(a)的轴侧图；
图3是本发明损耗层谐振器一个子单元的结构示意图；
图4是本发明损耗层谐振器的第一金属条带群结构示意图的；
图5是本发明损耗层谐振器的一个子单元所有上层金属贴片示意图；
图6是本发明损耗层谐振器的第二金属条带群的结构示意图；
图7是本发明损耗层谐振器的一个子单元所有下层金属贴片示意图；
图8是本发明无损层一个谐振单元的结构示意图；
图9是本发明频率选择吸波体一个谐振单元的整体结构示意图；
图10(a)是本发明在TE极化不同角度入射下的传输系数曲线图；
图10(b)是本发明在TM极化不同角度入射下的传输系数曲线图；
图11(a)是本发明在TE极化不同角度入射下吸波率曲线图；
图11(b)是本发明在TM极化不同角度入射下吸波率曲线图。
下面结合附图和具体实施例，对本发明详细描述：
具体实施方式
实施例1
低散射特性是目前先进武器装备的必备特性，随着雷达探测技术及多站雷达的广泛应用，常规隐身天线罩仅能减缩单站RCS已经无法满足武器装备的隐身需要。而常规吸波体不具有频域上的选择性，严重影响天线***正常收发电磁波的工作需求，因此具有频率选择特性的频率选择吸波体成为了目前隐身领域的研究热点。但现有技术中，频率选择吸波体的高透波带宽往往较窄，与机载雷达天线***宽带工作的发展趋势相违背，因此具有宽透波特性的频率选择吸波体存在客观应用需求。
本发明针对上述现状，展开了研究与设计，提出一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体。
本发明是一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，参见图1，包括损耗层、无损层及损耗层与无损层中间的空气层，损耗层和无损层均以方形介质板为基底，介质板上印制有周期排布的金属贴片，损耗层上周期性的印刷有金属贴片形成的谐振器，损耗层、无损层与其中间的空气层共同构成频率选择吸波体，参见图1，本发明的损耗层上印制有M×N个周期排列的谐振器，M≥5，N≥5，谐振器的数量根据实际安装空间限制确定，M可以等于N，M也可以不等于N。每个谐振器是由以0°为基准的子单元，并以方形介质板中心为旋转中心沿逆时针或顺时针方向依次旋转90°、180°和270°定位构成；在一个谐振器中共有四个子单元。每个子单元中包含宽度相等的短单边圆角金属贴片、长单边圆角金属贴片、双边圆角金属贴片和矩形金属贴片的基本贴片，参见图3，短单边圆角金属贴片的矩形边中心位于基准0°处，短单边圆角金属贴片与长单边圆角金属贴片的中心对称线与方形介质板的中心对称线重合，长单边圆角金属贴片和短单边圆角金属贴片的圆角相对的空间区域中印刷有由若干相同尺寸的双边圆角金属贴片交替分布在介质板上下层并沿直角弯折路径通过介质板上下层之间的金属化过孔形成2.5D弯折型金属条带结构，2.5D折弯型金属条带结构指每两个处在介质板同层的相邻的双边圆角金属贴片之间在介质板的另一层印制有同样的双边圆角金属贴片，通过金属化通孔连接介质板上下层双边圆角金属贴片。本发明的中每个子单元中的矩形金属贴片的中心位于长、短单边圆角金属贴片的中心对称线上，且其长度方向与长、短单边圆角金属贴片的中心对称线垂直，长单边圆角金属贴片的直角边与矩形金属贴片通过电阻连接，将介质板上表面印制的所有金属贴片称为第一金属条带群，参图4损耗层谐振器的第一金属条带群的结构示意图。图5为一个子单元的上表面所有金属贴片示意图。将介质板下表面印刷的所有金属贴片称为第二金属条带群，参见图6损耗层谐振器的第二金属条带群的结构示意图。图7为一个子单元的下表面所有金属贴片示意图。
无损层由方形介质板、方形金属贴片及刻蚀有方环的方形金属贴片组成，方形介质板的上下表面印刷有大小相等的方形金属贴片，方形介质板的中间层印刷有刻蚀有方环缝隙的方形金属贴片。损耗层与无损层中间存在空气层，损耗层、无损层与其中间的空气层共同构成频率选择吸波体。
针对目前机载相控阵雷达***中广泛应用的宽带天线***的隐身需求及加载区域空间较小的实际工程限制，为了在保持天线***辐射性能的前提下实现单站、双站RCS的同时减缩，本发明创新并设计了一款2.5D宽带透波型频率选择吸波体。利用介质板上下层交替排布金属贴片的排布方案，实现金属贴片正对长度减小，实现损耗层等效电容减小；利用2.5D结构金属化通孔连接上下层金属贴片的同时，引入额外的等效电感，实现损耗层等效电感增大。最终实现损耗层结构品质因数提高，在谐振点处具有极高的等效阻抗，拓宽了频率选择吸波体的高透波带宽，满足宽带天线***的实际工作需要。进一步考虑实际应用中安装空间较小的工程限制，本发明利用弯折型金属条带结构，在较小的单元尺寸内进一步提升了损耗层的等效电长度，解决单元结构小型化问题。仿真结果显示，本发明能够在有限的空间范围内具体较好的周期性，极大的拓宽了频率选择吸波体的高透波带带宽，解决了现有频率选择吸波体透波带宽难以满足宽带天线***工作需要的难题。
实施例2
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1，本发明中损耗层介质板边长为a，5mm≤a≤10mm，介质板的大小与谐振器透波工作频率有关，谐振器的工作频率(即本发明的透波带中心频率)与双边圆角金属贴片沿直角路径折弯形成的2.5D折弯金属条带结构相关，当介质板的长宽变化时，双边圆角金属贴片沿直角折弯形成的2.5D折弯金属条带结构也可随之变化。
本发明中损耗层介质板的厚度为hd1，0.25mm≤hd1≤2mm。介电常数为j，1.5≤j≤4.5。本例中a＝5mm，hd1＝0.25mm，j＝1.5。
实施例3
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1，本发明中损耗层介质板边长为a，5mm≤a≤10mm，介质板的大小与谐振器透波工作频率有关，谐振器的工作频率(即本发明的透波带中心频率)与双边圆角金属贴片沿直角路径折弯形成的2.5D折弯金属条带结构相关，当介质板的长宽变化时，双边圆角金属贴片沿直角折弯形成的2.5D折弯金属条带结构也可随之变化。本例中，边长a＝10mm，厚度hd1＝2mm，j＝4.5。
实施例4
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1，本发明中损耗层介质板边长为a，5mm≤a≤10mm，介质板的大小与谐振器透波工作频率有关，谐振器的工作频率(即本发明的透波带中心频率)与双边圆角金属贴片沿直角路径折弯形成的2.5D折弯金属条带结构相关，当介质板的长宽变化时，双边圆角金属贴片沿直角折弯形成的2.5D折弯金属条带结构也可随之变化。本例中，边长a＝7.5mm，厚度hd1＝1mm，j＝3。
实施例5
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-4，本发明第一金属条带群和第二金属条带群中的基本贴片的宽度w相等，0.2mm≤w≤0.5mm，所有的双边圆角金属贴片的尺寸规格相同。本例中，宽度w＝0.2mm。
实施例6
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-4，所有的双边圆角金属贴片的尺寸规格相同，本例中宽度w＝0.5mm。
实施例7
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-4，所有的双边圆角金属贴片的尺寸规格相同，本例中宽度w＝0.35mm。
实施例8
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-7，本发明短单边圆角金属贴片的长度为L1，0.4mm≤L1≤1mm。双边圆角金属贴片的长度为L2，0.4mm≤L2≤1mm。长单边圆角金属贴片的长度为L3，0.6mm≤L3≤1.5mm。矩形金属贴片的长度为L4，3mm≤L4≤6mm。长单边圆角金属贴片与矩形金属贴片的距离为L5，0.6mm≤L5≤1mm。本例中，L1＝0.4mm，L2＝0.4mm，L3＝0.6mm，L4＝3mm，L5＝0.6mm。
实施例9
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-7，本例中，L1＝1mm，L2＝1mm，L3＝1.5mm，L4＝6mm，L5＝1mm。
实施例10
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-7，本例中，L1＝0.7mm，L2＝0.7mm，L3＝1m，L4＝4.5mm，L5＝0.8mm。
实施例11
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-10，本发明所有基本贴片中及损耗层介质板中的金属化过孔，半径为Rvia，0.05mm≤Rvia≤0.2mm。本例中，Rvia＝0.05mm。
实施例12
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-10，本例中，Rvia＝0.2mm。
实施例13
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-10，本例中，Rvia＝0.125mm。
实施例14
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-13，本发明长单边圆角金属贴片与矩形金属贴片之间焊接电阻的阻值为R，100Ω≤R≤500Ω。本例中，R＝100Ω。
实施例15
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-13，本例中，R＝500Ω
实施例16
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-13，本例中，R＝300Ω
下面给出一个更加详尽的例子，对本发明进一步说明
实施例17
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例1-16。
参照图1，图1是本发明的整体结构示意图，基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，图1中，包括M×N个周期排列的单元结构，单元结构均为正方形，M＝N＝30。本发明中无损层也由方形介质板、方形金属贴片及刻蚀由方环的方形贴片组成，损耗层与无损层中间存在空气层，损耗层、无损层与其中间的空气层共同构成频率选择吸波体。
参照图2、图8和图9，图2是本发明损耗层一个谐振器结构示意图，图8是本发明无损层一个谐振单元的结构示意图，图9是频率选择吸波体一个谐振单元整体结构的示意图，参见图2(a)基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体损耗层包括正方形的介质板1、印刷在介质板1的谐振器2，金属化通孔3。参见图8，本发明无损层包括正方形介质板4、印刷在介质板4上表面和下表面的尺寸结构大小相等的第一金属贴片5、印刷在介质板4中间层的刻蚀有方环形缝隙的第二金属贴片6。参见图9，损耗层和无损层中间存在空气层，其中：
参见图2(a)，损耗层介质板1，其边长a＝5mm，厚度hd1＝0.508mm，相对介电常数为3.5。
参见图2(b)，所述的谐振器2由4个子单元21组成。参见图3，图3是本发明损耗层谐振器一个子单元的结构示意图，每个子单元21由1个短单边圆角金属贴片211，13个双边圆角金属贴片212，1个长单边圆角金属贴片213及1个矩形金属贴片214组成，所有金属贴片的宽度w相等，w＝0.3mm。4个子单元21由单个子单元21绕介质板1的中心以0°为基准方向，依次旋转90°、180°和270°定位构成。短单边圆角金属贴片211及长单边圆角金属贴片213的中心对称线与介质层的中心对称线重合。短单边圆角金属贴片211的直角边中点位于介质板1的中心处，其长度L1＝0.4mm。矩形金属贴片214的中心位于介质板1的中心对称线上，矩形金属贴片214的长度方向垂直于短单边圆角金属贴片211及长单边圆角金属贴片213的中心对称线，矩形金属贴片214的长度L4＝4mm且其与长单边圆角金属贴片213的距离为L5＝0.6mm；长单边圆角金属贴片213和短单边圆角金属贴片的圆角金属贴片211相对的空间区域中印刷有由13个相同尺寸的双边圆角金属贴片212交替分布在介质板上下层并沿折弯路径形成2.5D折弯的金属条带结构，2.5D折弯的金属条带结构指每两个相邻的双边圆角金属贴片212之间的金属化通孔3间在介质板的背面印制有同样的双边圆角金属贴片212，通过金属化通孔3相连接介质板上下层双边圆角金属贴片212，双边圆角金属贴片212的长度L2＝0.55mm，金属化通孔3的孔径Rvia＝0.125mm；长单边圆角金属贴片213的长度L3＝0.7mm。
所述的矩形金属贴片214与长单边圆角金属贴片213间的距离为L5＝0.6mm，加载电阻型号为0201，阻值为240Ω。
无损层的介质板5边长a＝8mm，厚度hd2＝2mm，相对介电常数为3.5。
印刷在无损层介质板5的上、下表面的第一金属贴片5为正方形金属贴片，边长p＝5.2mm。其中，第一金属贴片5中心与介质板4的中心重合，第一金属贴片5的各边长与其对应的介质板4的边长平行。
印刷在无损层介质板5中间层的第二金属贴片6为一正方形金属贴片刻蚀方环型槽缝，第二金属贴片6的边长为a＝8mm。方环型槽缝的中心与介质板4的中心重合，方环型槽缝的各边与其对应的介质板4的边长平行，缝隙宽度sc＝0.15mm，缝隙距边界距离d＝1.45mm。
损耗层与无损层间空气层厚度为air＝5.0mm。
本发明基于2.5D结构的具有宽透波特性的频率选择吸波体，旨在拓宽频率选择吸波体的透波带宽，以满足宽带天线***的隐身需要。频率选择吸波体单元包括损耗层、无损层及其中间的空气层。损耗层包括正方形介质板、印刷在介质板上的谐振器和金属化通孔。一个谐振器单元由子单元以0°为基准方向旋转90°、180°和270°定位构成，介质板上下层的金属贴片沿直角折弯，利用金属化通孔连接，形成2.5D折弯的金属条带结构。无损层，包括正方形介质板、印刷在介质板上下层的尺寸大小相同方形第一金属贴片及印刷在介质板中间层的刻蚀有方环形缝隙的正方形第二金属贴片。本发明具有宽透波带、双边吸波、极化不敏感、角度稳定和小单元尺寸的特性，适用于具有隐身需求的宽带天线***。
以下结合仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明：
实施例18
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例17。
仿真条件和内容：
利用商业仿真软件ANSYS Electronics 19.0对实施例18的TE、TM极化不同角度入射下的传输系数进行仿真计算，结果如图10(a)和图10(b)所示。
仿真结果分析：
图10(a)是本发明在TE极化不同角度入射下的传输系数曲线图；图10(b)是本发明在TM极化不同角度入射下的传输系数曲线图。图10(a)中的横坐标是频率，纵坐标为传输系数，图中带有方形标的曲线为TE极化0°入射时，本发明的传输系数曲线，带有圆形标的曲线为TE极化15°入射时，本发明的传输系数曲线，带有三角标的曲线为TE极化30°入射时，本发明的传输系数曲线。图10(b)中的横坐标是频率，纵坐标为传输系数，图中带有方形标的曲线为TM极化0°入射时，本发明的传输系数曲线，带有圆形标的曲线为TM极化15°入射时，本发明的传输系数曲线，带有三角标的曲线为TM极化30°入射时，本发明的传输系数曲线。
结合图10(a)和图10(b)可见，本发明在TE极化0°入射时，该结构的传输系数小于-1dB的频带范围为7.80-11.75GHz，相对带宽为40.41％；在TE极化0°入射时，该结构的传输系数小于-1dB的频带范围为7.81-11.75GHz，相对带宽为40.29％，拓宽了透波频带宽度，解决了频率选择吸波体透波频带宽度较窄的问题。此外，本发明的2.5D宽带频率选择吸波体结构在TE和TM极化下5-15GHz内的传输系数曲线高度一致，反映了本发明具有极化不敏感特性，在TE和TM极化下具有稳定的工作性能。在入射角度从0°到30°变化时，本发明的传输系数小于-1dB频带保持不变，具有较好的角度稳定性，反映了本发明在斜入射电磁波照射下也具有稳定的工作性能。
实施例19
基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体的总体构成同实施例17。
仿真条件和内容：
利用商业仿真软件ANSYS Electronics 19.0对实施例19的TE、TM极化不同角度入射下的吸波率进行仿真计算，结果如图11(a)和图11(b)所示。
仿真结果分析：
图11(a)是本发明在TE极化不同角度入射下的吸波率曲线图；图11(b)是本发明在TM极化不同角度入射下的吸波率曲线图。图11(a)中的横坐标是频率，纵坐标为吸波率，图中带有方形标的曲线为TE极化0°入射时，本发明的吸波率曲线，带有圆形标的曲线为TE极化15°入射时，本发明的吸波率曲线，带有三角标的曲线为TE极化30°入射时，本发明的吸波率曲线。图11(b)中的横坐标是频率，纵坐标为吸波率，图中带有方形标的曲线为TM极化0°入射时，本发明的吸波率曲线，带有圆形标的曲线为TM极化15°入射时，本发明的吸波率曲线，带有三角标的曲线为TM极化30°入射时，本发明的吸波率曲线。
在TE极化0°入射时，本发明的吸波率大于80％的频带范围为3.67-6.80GHz，和13.71-15.30GHz；在TM极化0°入射时，本发明的吸波率大于80％的频带范围为3.67-6.80GHz，和13.70-15.29GHz，因此本发明在TE和TM极化下具有高度一致的吸波频带，反映了本发明在不同极化电磁波照射下具有相似的吸波特性。在入射角度从0°到30°变化时，该结构的吸波率曲线并无明显恶化，具有较好的角度稳定性。
以上仿真结果表明，本发明利用2.5D提升结构的等效阻抗，能够在实现宽带透波的同时实现双边吸波、极化稳定和角度稳定，满足宽带天线***的实际应用需要。
简而言之，本发明一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，解决现有频率选择吸波体透波带宽较窄，难满足宽带天线***应用需要的问题。本发明损耗层、无损层及其中间的空气层共同构成频率选择吸波体，损耗层上印制有M×N个周期排列的谐振器，每个谐振器子单元以0°为基准方向，并沿方形介质板中心或沿逆时针或沿顺时针依次旋转90°、180°和270°定位构成；每个子单元中包含有宽度相等的短单边圆角金属贴片、长单边圆角金属贴片、双边圆角金属贴片和矩形金属贴片的基本贴片，长、短单边圆角金属贴片之间的空间区域中印刷有由交替分布在介质板上下层的相同双边圆角金属贴片沿折弯路径形成2.5D折弯的金属条带，长单边圆角金属贴片的直角边与矩形金属贴片通过电阻连接。本发明利用2.5D结构形成直角弯折金属条带结构，拓宽频率选择吸波体透波带宽，具有宽透波带、双边吸波、极化不敏感、角度稳定和小单元尺寸的特性，适用于具有隐身需求的宽带天线***。
以上描述仅是本发明的实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，包括损耗层、无损层及损耗层与无损层中间的空气层，耗损层和无损层均以方形介质板为基底，介质板上印制周期排布的金属贴片，损耗层上周期性的印刷有金属贴片形成的谐振器，损耗层、无损层及其中间的空气层共同构成频率选择吸波体，其特征在于：所述损耗层上印制有M×N个周期排列的谐振器，M≥5，N≥5；每个谐振器的子单元以0°为基准方向，并以方形介质板中心为旋转中心沿逆时针或顺时针方向依次旋转90°、180°和270°定位构成；每个子单元中包含有宽度相等的短单边圆角金属贴片、长单边圆角金属贴片、双边圆角金属贴片和矩形金属贴片的基本贴片，短单边圆角金属贴片的直角边中心位于基准0°处，短单边圆角金属贴片与长单边圆角金属贴片的中心对称线与方形介质板的中心对称线重合，长单边圆角金属贴片和短单边圆角金属贴片的圆角相对的空间区域中印刷有由若干相同尺寸的双边圆角金属贴片交替分布在介质板上下层并沿直角弯折路径通过介质板上下层之间的金属化过孔形成2.5D弯折型金属条带结构，矩形金属贴片的中心位于长、短单边圆角金属贴片的中心对称线上，且其长度方向与长、短单边圆角金属贴片的中心对称线垂直，长单边圆角金属贴片的直角边与矩形金属贴片通过电阻连接，将介质板上表面印制的所有金属贴片称为第一金属条带群，将介质板下表面印刷的所有金属贴片称为第二金属条带群。
2.根据权利要求1所述一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，其特征在于，损耗层介质板边长为a，5mm≤a≤10mm；厚度为hd1，0.25mm≤hd1≤2mm；介电常数为j，1.5≤j≤4.5。
3.根据权利要求1所述一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，其特征在于，第一金属条带群和第二金属条带群中的基本贴片的宽度w相等，0.2mm≤w≤0.5mm。
4.根据权利要求1所述一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，其特征在于，短单边圆角金属贴片的长度为L1，0.4mm≤L1≤1mm；双边圆角金属贴片的长度为L2，0.4mm≤L2≤1mm；长单边圆角金属贴片的长度为L3，0.6mm≤L3≤1.5mm；矩形金属贴片的长度为L4，3mm≤L4≤6mm；长单边圆角金属贴片与矩形金属贴片的距离为L5，0.6mm≤L5≤1mm。
5.根据权利要求1所述一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，其特征在于，所有基本贴片中及损耗层介质板中的金属化过孔，半径为Rvia，0.05mm≤Rvia≤0.2mm。
6.根据权利要求1所述一种基于2.5D结构的宽带透波型频率选择吸波体，其特征在于，长单边圆角金属贴片与矩形金属贴片之间焊接电阻的阻值为R，100Ω≤R≤500Ω。
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