CN112467393B - 一种基于fss和极化旋转超表面的双频带rcs减缩超表面 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁超材料领域,涉及一种低RCS超表面,特别涉及一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:至少包括:低频RCS减缩超表面、高频RCS减缩超表面,低频RCS减缩超表面由低频RCS减缩贴片阵列、第一层介质基板和金属地板组成,低频RCS减缩贴片阵列印制在第一层介质基板的下表面;高频RCS减缩超表面由高频RCS减缩贴片阵列、第二层介质基板和FSS组成,高频RCS减缩贴片阵列印制在第二层介质基板的上表面;FSS的两层金属贴片阵列分别印制在第二层介质基板的下表面和第一层介质基板的上表面。通过FSS使得上层高频RCS减缩超表面和下层低频RCS减缩超表面可同时工作在高低两个频带,实现两个频带独立调控的基于FSS的双频带RCS减缩超表面。
Description
技术领域
本发明属于电磁超材料领域,涉及一种低RCS超表面,特别涉及一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,可用于有低散射特性要求的电磁结构。
背景技术
在现代战争中,随着远距离探测技术的发展,传统的武器装备的地位逐渐降低,隐身与反隐身技术的地位逐渐提高。雷达是远距离探测最主要的探测手段。如何避免被雷达探测到变为了一个越来越重要的课题。雷达散射截面是目标在平面波照射下在给定方向上返回功率的一种量度,是描述物体隐身特性的主要参数。
频率选择表面可以根据入射电磁波的频率产生不同的透射和反射效果,这为我们设计双带的电磁调控超材料提供了很好的桥梁。
降低物体雷达散射截面特性的手段主要有加载雷达吸波材料技术、外形技术以及有源或无源对消技术,其中前两种是最为有效和最常用。Wengang Chen, Constantine A.Balanis, and Craig R. Birtcher发表在IEEE上的论文“Dual Wide-Band CheckerboardSurfaces for Radar Cross Section Reduction”中提出了两种双频带的EBG结构,一种是矩形环和一同心矩形,另一种是圆环和一同心圆,由于两种EBG结构的反射相位不同,将其组成阵列后可以实现双频带的RCS减缩特性。但这种只使用一种RCS减缩阵列实现双频带RCS减缩的设计一方面其两个频带非常靠近,另一方面其带宽较窄。
发明内容
本发明提供了一种能使得低频入射电磁波可以透过上层结构照射到下层低频RCS减缩超表面,从而实现双频带RCS减缩,同时通过FSS使得上层高频RCS减缩超表面和下层低频RCS减缩超表面可同时工作在高低两个频带,实现两个频带独立调控的基于FSS的双频带RCS减缩超表面。
本发明的目的是这样实现的,一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:至少包括:低频RCS减缩超表面1、高频RCS减缩超表面2,低频RCS减缩超表面1由低频RCS减缩贴片阵列4、第一层介质基板5和金属地板6组成,低频RCS减缩贴片阵列4印制在第一层介质基板5的下表面;高频RCS减缩超表面2由高频RCS减缩贴片阵列7、第二层介质基板8和FSS3组成,高频RCS减缩贴片阵列7印制在第二层介质基板8的上表面;所述FSS3的两层金属贴片阵列31分别印制在第二层介质基板8的下表面和第一层介质基板5的上表面。
所述低频RCS减缩贴片阵列4由4个低频极化旋转贴片阵列41组成,低频极化旋转贴片阵列41是由36个低频极化旋转贴片单元411组成,其中低频极化旋转贴片单元411是由一个边长为9.9mm的矩形切去一对直角三角形4111形成,所切去的直角三角形4111的直角边边长为8.2mm,低频极化旋转贴片单元411周期为12mm,将此低频极化旋转贴片单元411复制平移组成6×6的低频极化旋转贴片阵列41,再将低频极化旋转贴片阵列41依次旋转90度复制后组成2×2的低频RCS减缩贴片阵列4。
所述高频RCS减缩贴片阵列7由4个高频极化旋转贴片阵列71组成,高频极化旋转贴片阵列71是由144个高频极化旋转贴片单元711组成,其中高频极化旋转贴片单元711是由一个边长为4.24mm的矩形切去一对直角三角形7111形成,所切去的直角三角形7111的直角边边长为3.11mm,高频极化旋转贴片单元711周期为6mm,将此高频极化旋转贴片单元711复制平移组成12×12的高频极化旋转贴片阵列71,再将高频极化旋转贴片阵列71依次旋转90度复制后组成2×2的高频RCS减缩贴片阵列7。
所述FSS3的两层金属贴片阵列31都是由576个金属贴片单元311组成,金属贴片单元311是边长为4mm的矩形,其周期为6mm,对其进行复制和平移后得到每一层的金属贴片阵列31,最后由上层金属贴片阵列和下层金属贴片阵列组成FSS3。
所述第一层介质基板5的厚度为2mm,介电常数εr =4.4。
所述第二层介质基板8的厚度为1.7mm,介电常数εr =2.2。
所述第一层介质基板5的下表面和金属地板6之间的距离为7mm。
所述的第二层介质基板8的下表面和第一层介质基板5的上表面之间的距离为3mm。
本发明具有以下有益效果:一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面包括低频RCS减缩超表面1、高频RCS减缩超表面2,低频RCS减缩超表面1由低频RCS减缩贴片阵列4、第一层介质基板5和金属地板6组成,低频RCS减缩贴片阵列4印制在第一层介质基板5的下表面;高频RCS减缩超表面2由高频RCS减缩贴片阵列7、第二层介质基板8和FSS3组成,高频RCS减缩贴片阵列7印制在第二层介质基板8的上表面;所述FSS3的两层金属贴片阵列31分别印制在第二层介质基板8的下表面和第一层介质基板5的上表面。
1. 本发明通过引入FSS替代上层高频RCS减缩超表面的金属地板,使得低频入射电磁波可以透过上层结构照射到下层低频RCS减缩超表面,从而实现双频带RCS减缩。
2.本发明通过FSS使得上层高频RCS减缩超表面和下层低频RCS减缩超表面可同时工作在高低两个频带,实现两个频带独立调控的双频带RCS减缩特性。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图;
图2为本发明实施例的低频RCS减缩阵列及其极化旋转子阵列俯视示意图;
图3为本发明实施例的高频RCS减缩阵列及其极化旋转子阵列俯视示意图;
图4为本发明实施例的频率选择阵列俯视示意图;
图5为本发明实施例中低频RCS减缩超表面的反射系数S11特性曲线;
图6为本发明实施例中高频RCS减缩超表面的反射系数S11特性曲线;
图7为本发明实施例中FSS的传输系数S21和反射系数S11特性曲线;
图8为本发明实施例与参考金属地板的RCS对比图。
图中,1、低频RCS减缩超表面;2、高频RCS减缩超表面;3、FSS;31、金属贴片阵列;311、金属贴片单元;4、低频RCS减缩贴片阵列;41、低频极化旋转贴片阵列;411、低频极化旋转贴片单元;4111、低频直角三角形;5、第一层介质基板;6、金属地板;7、高频RCS减缩贴片阵列;71、高频极化旋转贴片阵列;711、高频极化旋转贴片单元;7111、高频直角三角形;8、第二层介质基板。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容,结构特点,及所实现的目的和效果,将实施方式与具体图示结合予以说明。
实施例
参照图1,一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,至少包括:低频RCS减缩超表面1、高频RCS减缩超表面2,低频RCS减缩超表面1由低频RCS减缩贴片阵列4、第一层介质基板5和金属地板6组成,低频RCS减缩贴片阵列4印制在第一层介质基板5的下表面;高频RCS减缩超表面2由高频RCS减缩贴片阵列7、第二层介质基板8和FSS3组成,高频RCS减缩贴片阵列7印制在第二层介质基板8的上表面,所述FSS3的两层金属贴片阵列31分别印制在第二层介质基板8的下表面和第一层介质基板5的上表面。
所述第一层介质基板5的厚度为2mm,介电常数εr =4.4。
所述第二层介质基板8的厚度为1.7mm,介电常数εr =2.2。
第一层介质基板5的下表面和金属地板6之间的距离为7mm。
第二层介质基板8的下表面和第一层介质基板5的上表面之间的距离为3mm。
参照图2,所述低频RCS减缩贴片阵列4由4个低频极化旋转贴片阵列41组成,低频极化旋转贴片阵列41是由36个低频极化旋转贴片单元411组成,其中低频极化旋转贴片单元411是由一个边长为9.9mm的矩形切去一对低频直角三角形4111形成,所切去的低频直角三角形4111的直角边边长为8.2mm,低频极化旋转贴片单元411周期为12mm,将此低频极化旋转贴片单元411复制平移组成6×6的低频极化旋转贴片阵列41,再将低频极化旋转贴片阵列41依次旋转90度复制后组成2×2的低频RCS减缩贴片阵列4。
参照图3,所述高频RCS减缩贴片阵列7由4个高频极化旋转贴片阵列71组成,高频极化旋转贴片阵列71是由144个高频极化旋转贴片单元711组成,其中高频极化旋转贴片单元711是由一个边长为4.24mm的矩形切去一对高频直角三角形7111形成,所切去的高频直角三角形7111的直角边边长为3.11mm,高频极化旋转贴片单元711周期为6mm,将此高频极化旋转贴片单元711复制平移组成12×12的高频极化旋转贴片阵列71,再将高频极化旋转贴片阵列71依次旋转90度复制后组成2×2的高频RCS减缩贴片阵列7。
参照图4,所述FSS3的两层金属贴片阵列31都是由576个金属贴片单元311组成,金属贴片单元311是边长为4mm的矩形,其周期为6mm,对其进行复制和平移后得到每一层的金属贴片阵列31,最后由上层金属贴片阵列和下层金属贴片阵列组成FSS3。
以下结合仿真实验,对本发明的技术效果作进一步说明:
1、仿真条件及内容:
1.1参考物体为一和此RCS减缩超表面同等尺寸的金属地板。
1.2利用商业仿真软件CST2020对实施例中的极化旋转超表面的极化旋转效果进行仿真计算,其结果曲线图如图5和图6所示
1.3利用商业仿真软件CST2020对实施例中的FSS的频率选择效果进行仿真计算,其结果曲线图如图7所示
1.4利用商业仿真软件CST2020对实施例和参考金属地板的RCS进行仿真计算,实施例与参考金属地板的RCS对比曲线图如图8所示。
2、仿真结果:
参照图5,横坐标为频率,纵坐标为共极化反射系数和交叉极化反射系数,以交叉极化反射系数比共极化反射系数大10dB为标准,本实施例的低频极化旋转带宽为7.2-12GHz。
参照图6,横坐标为频率,纵坐标为共极化反射系数和交叉极化反射系数,以交叉极化反射系数比共极化反射系数大10dB为标准,本实施例的高频极化旋转带宽为27.5-38GHz。
参照图7,横坐标为频率,纵坐标为反射系数和传输系数,以反射系数小于-10dB为标准,本实施例中FSS的低通带宽为5-20GHz。
参照图8,横坐标为频率,纵坐标为RCS,以双频带RCS减缩超表面的RCS比同等尺寸的金属地板小10dB为标准,本实施例的低频RCS减缩带宽为6.9-12GHz,高频RCS减缩带宽为28-38GHz。
以上描述仅是本发明的一个具体事例,不构成对本发明的任何限制,显然对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保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:至少包括:低频RCS减缩超表面(1)、高频RCS减缩超表面(2),低频RCS减缩超表面(1)由低频RCS减缩贴片阵列(4)、第一层介质基板(5)和金属地板(6)组成,低频RCS减缩贴片阵列(4)印制在第一层介质基板(5)的下表面,金属地板(6)位于低频RCS减缩贴片阵列(4)的下方;高频RCS减缩超表面(2)由高频RCS减缩贴片阵列(7)、第二层介质基板(8)和FSS(3)组成,高频RCS减缩贴片阵列(7)印制在第二层介质基板(8)的上表面;FSS(3)的两层金属贴片阵列(31)分别印制在第二层介质基板(8)的下表面和第一层介质基板(5)的上表面;所述FSS(3)的两层金属贴片阵列(31)都是由576个金属贴片单元(311)组成,金属贴片单元(311)是边长为4mm的矩形,其周期为6mm,对其进行复制和平移后得到每一层的金属贴片阵列(31),最后由上层金属贴片阵列和下层金属贴片阵列组成FSS(3);第二层介质基板(8)、上层金属贴片阵列和上层金属贴片阵列按照从上到下的顺序依次排布。
2.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述低频RCS减缩贴片阵列(4)由4个低频极化旋转贴片阵列(41)组成,低频极化旋转贴片阵列(41)是由36个低频极化旋转贴片单元(411)组成,其中低频极化旋转贴片单元(411)是由一个边长为9.9mm的矩形切去一对低频直角三角形(4111)形成,所切去的低频直角三角形(4111)的直角边边长为8.2mm,低频极化旋转贴片单元(411)周期为12mm,将此低频极化旋转贴片单元(411)复制平移组成6×6的低频极化旋转贴片阵列(41),再将低频极化旋转贴片阵列(41)依次旋转90度复制后组成2×2的低频RCS减缩贴片阵列(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述高频RCS减缩贴片阵列(7)由4个高频极化旋转贴片阵列(71)组成,高频极化旋转贴片阵列(71)是由144个高频极化旋转贴片单元(711)组成,其中高频极化旋转贴片单元(711)是由一个边长为4.24mm的矩形切去一对直角三角形(7111)形成,所切去的直角三角形(7111)的直角边边长为3.11mm,高频极化旋转贴片单元(711)周期为6mm,将此高频极化旋转贴片单元(711)复制平移组成12×12的高频极化旋转贴片阵列(71),再将高频极化旋转贴片阵列(71)依次旋转90度复制后组成2×2的高频RCS减缩贴片阵列(7)。
4.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述第一层介质基板(5)的厚度为2mm,介电常数εr=4.4。
5.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述第二层介质基板(8)的厚度为1.7mm,介电常数εr=2.2。
6.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述第一层介质基板(5)的下表面和金属地板(6)之间的距离为7mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于FSS和极化旋转超表面的双频带RCS减缩超表面,其特征是:所述的第二层介质基板(8)的下表面和第一层介质基板(5)的上表面之间的距离为3mm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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