CN200986957Y - 双带通频率选择表面薄膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双带通频率选择表面薄膜，旨在提高在双工作频率点的传输透过率，使其易于实现雷达罩内表面成型装配。其采用在导电层(5)的两侧接触置有柔性电介质基底(6、7)，柔性电介质基底(6、7)和导电层(5)之间是牢固接触。在导电层(5)的横向和纵向上，等距加工有缝隙单元图形(3)，缝隙单元图形(3)由圆环(1)和短路圆环(2)组成，圆环(1)和短路圆环(2)的几何中心同心，且圆环(1)位于短路圆环(2)的外部，短路圆环(2)是由四段等距分布的缝隙圆弧构成，圆环(1)和短路圆环(2)的缝隙宽度相同。其用于飞机雷达天线罩与巡航导弹、地对空导弹、空对空导弹等导弹雷达罩上。

Description

双带通频率选择表面薄膜

技本领域

本实用新型涉及加载于飞机雷达天线罩内的一种频率选择表面材料，尤其是涉及一种加载于飞机雷达天线罩内的双带通频率选择表面薄膜。

背景技术

飞机的雷达天线罩既保护雷达天线又改善其空气动力学特性，为了保证飞机雷达天线探测目标的传输性能，雷达天线罩对于雷达电磁波是全透明部件。然而，雷达罩这种电磁波透明特性，在有利于自身雷达天线探测目标的同时，也由于反射敌方雷达波而容易被探测发现和受到干扰，从而增加了飞机被击落和拦截的危险，降低其突防能力。由雷达探测理论可知，反向电磁波散射强度与雷达散射截面(RCS)的四次方根成正比。实验测试结果表明，雷达天线占整个飞机正前方雷达散射截面的40％-50％，因此，为了实现飞机雷达天线隐身和抗干扰，采用各种技术减少其雷达天线的雷达散射截面和衰减带外电磁波，增强飞机的攻击、突防和抗干扰能力。

为了缩减飞机雷达天线的雷达散射截面和衰减带外电磁波，可以在雷达天线罩上加入带通频率选择表面薄膜，应用表面薄膜带通滤波特性实现雷达工作频带外的隐身和抗干扰，既可以保证自身雷达天线频带正常工作，又能屏蔽和改变敌方雷达波散射方向。由于在雷达罩外表面加载频率选择滤波器，对于高速飞行的飞机影响很大，因此这种带通频率选择表面薄膜多数加在雷达罩内表面。

在雷达天线罩内表面加载带通频率选择表面薄膜，实现雷达天线隐身和抗干扰，特别是对于具有双频带的飞机雷达天线罩应用频率选择表面薄膜技术仍然存在如下难点：其一，对于大角度入射和不同极化方向敏感，引起工作频带传输特性下降；其二，现有双带通频率选择表面薄膜单元图形对雷达天线罩流线型曲面变化引起谐振频率漂移；其三，采用的介质基底材料无法匹配流线型雷达天线罩内表面曲面。

应用频率选择表面薄膜技术，实现雷达天线罩双频带外隐身和抗干扰，理想的带通频率选择表面薄膜结构应该满足如下要求：

1.双带通频率选择表面薄膜在雷达天线工作频率带宽和中心频率稳定；

2.双带通频率选择表面薄膜中心频率选择明显；

3.双带通频率选择表面薄膜结构基底电介质材料轻、薄并且具有柔性特性；

4.双带通频率选择表面薄膜保证雷达天线原有的传输特性基本不变。

多数双带通频率选择表面薄膜采用两种固定单元图形组合，实现双带通频率选择特性，如圆环与圆环组合，圆环与Y形组合等，这些双带通频率选择表面薄膜组合单元图形无法调整由于天线罩曲面变形引起的双带通中心频率，因此造成双带通传输特性衰减或者两个中心频率的漂移。

解决带通滤波器边缘特性或频率选择明显的理论方法是采用多层频率选择表面薄膜结构，通过N层周期单元图形导体屏与N+1层电介质层的合理匹配，实现边缘特性明显改善。例如：美国专利No.4,125,841公开了一种双层平面频率选择滤波器结构，其中，将两层相同单元图形的导体薄膜层，夹在三层厚度小于四分之一谐振波波长的电介质中，取得了平顶带通和边缘明显下降的设计结果。但这种结构每层周期单元图形几何中心对准误差以及增加的介质层都提高雷达天线罩传输损耗。尤其在曲面雷达罩上实现双带通频率选择双层单元图形工艺制作难度很大。即使在球形天线罩的法线方向上，实现双层周期单元图形对准都有困难，何况在多数非球面雷达罩法线方向上实施周期单元图形对准，误差就更大。这种对准偏差降低了单元图形的有效性以及雷达天线在工作频率的效率；另外由于三层四分之一波长厚度的电介质材料可塑变形性差，产生电介质表面与雷达天线罩内表面形状不一致性，从而在电介质和雷达罩内表面之间容易出现空气气泡和间隙，增大雷达工作频率传输功率损耗，降低飞机雷达天线的探测能力和精度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术存在的对于大角度入射和不同极化方向敏感，引起工作频带传输特性下降、雷达天线罩流线型曲面变化引起谐振频率漂移和采用的电介质基底材料无法匹配流线型雷达天线罩内表面曲面的缺点，提供一种易加载于飞机雷达天线罩内的双带通频率选择表面薄膜。

参阅图1至图4，为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现。在导电层的两侧接触置有相同的柔性电介质基底，柔性电介质基底和导电层之间的接触属于没有相对移动的牢固接触。在所述的导电层的横向和纵向上，等距加工有缝隙单元图形，完成单元图形阵列；单元图形由缝隙圆环和缝隙短路圆环组成，缝隙圆环和缝隙短路圆环的几何中心同心，且缝隙圆环位于缝隙短路圆环的外部，缝隙短路圆环是由四段等距分布的缝隙圆弧构成，缝隙圆环和缝隙短路圆环的缝隙宽度相同。

技术方案所述的缝隙圆环和缝隙短路圆环的缝隙宽度相同，指的是缝隙宽度w＝R₁-R₂＝R₃-R₄，并且，R₂-R₃＝w；在导电层的横向和纵向上等距加工有单元图形，指的是在满足没有尺寸干涉的情况下，D≤3R₂；缝隙短路圆环是由四段等距分布的缝隙圆弧构成，指的是相对的两段圆弧长相等，缝隙圆弧张角φ，要满足60°≤φ≤65°的要求，短路弧段δ，要满足9°≤δ≤10°的要求；导电层的厚度范围为0.1μm-0.5μm，耐高温、高透过率的柔性电介质基底的介电常数范围为2-3，厚度为20μm-50μm；导电层的厚度为0.1μm、0.3μm或0.5μm；耐高温、高透过率的柔性电介质基底的介电常数为2、2.5或3，厚度为20μm、45μm或50μm；导电层所采用的材料可以是铜、银或金，柔性电介质基底采用的材料可以是聚脂薄膜、聚丙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型采用了一种新型的频率选择表面薄膜的单元图形，该单元图形继承了圆环图形频带和中心频率稳定的特点，对电磁波极化和入射角不敏感；短路圆环图形具有调节谐振点的特性，应用此特性，可以修正电磁波入射曲面天线罩产生的相位偏差，提高在双工作频率点的传输透过率；

2)本实用新型采用两层柔性电介质基底匹配结构，具有较好的可塑变形特性，易于实现雷达罩内表面成型装配，实现了雷达罩流线型内表面与频率选择表面薄膜吻合装配，保证了雷达天线罩瞄准精度。

附图说明

图1为双带通频率选择表面薄膜组合单元图形示意图；

图2为双带通频率选择表面薄膜单元图形几何尺寸比例关系示意图；

图3为频率选择表面薄膜单元图形周期排列间隔关系示意图；

图4为双带通频率选择表面薄膜的结构示意图；

图5为双带通频率选择表面薄膜加载雷达天线罩内表面的结构示意图；

图中：1.圆环，2.短路圆环，3.单元图形，4.单元图形阵列，5.导电层，6.柔性电介质基底，7.柔性电介质基底，8.双带通频率选择表面薄膜，9.雷达天线罩，10.自身雷达波，11.敌方雷达波。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

以给飞机雷达天线罩加载双带通频率选择表面薄膜为例，所述的飞机雷达天线罩指的是飞机鼻锥雷达舱雷达天线的保护罩，本实用新型同样可以应用于其他飞行兵器上，如：巡航导弹、地对空导弹、空对空导弹等导弹雷达罩。参阅图5，描述采用双带通频率选择表面薄膜8实现雷达天线罩隐身的工作原理，保证自身雷达波10通过情况下，当敌方雷达波11投射到雷达天线罩9内表面的双带通频率选择表面薄膜8后，根据圆环1与短路圆环2选择自身双带通波段，使得敌方波段衰减或形成前向电磁波散射，因而缩减或消除反射电磁波传输能量，实现雷达罩隐身和抗干扰能力。

参阅图4，双带通频率选择表面薄膜是由导电层5、柔性电介质基底6和相同的柔性电介质基底7组成。首先，采用离子真空镀膜工艺，在一张柔性电介质基底6上镀制导电层5，其中导电层5可采用真空镀铜、银或金等良好的导体，厚度范围为0.1μm-0.5μm，厚度佳值为0.1μm、0.3μm或0.5μm；接下来采用光刻技术在导电层5上刻蚀缝隙圆环1和缝隙短路圆环2，构成单元图形3，并完成按周期排列的单元图形阵列4，导电层5具有散射、吸收或衰减电磁波传输特性；第三步是在刻蚀好的导电层6上，采用喷胶抽真空滚压成形的技术将第二张柔性电介质基底7加上去，合成具有对称结构的双带通频率选择表面薄膜。第一张柔性电介质基底6和第二张柔性电介质基底7采用耐高温、高透过率柔性薄膜介质材料，所谓的“高透过率”是指具有95％以上的电磁波透过率，电介质基底材料可选用聚脂薄膜、聚丙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜，介电常数范围为2-3，厚度范围为20μm-50μm，介电常数佳值为2、2.5或3，厚度佳值为20μm、45μm或50μm。

参阅图2，采用光刻技术在导电层5上刻蚀缝隙圆环1和缝隙短路圆环2，构成单元图形3，并完成按周期排列的单元图形阵列4时，要满足：圆环1和短路圆环2缝隙宽度w＝R₁-R₂＝R₃-R₄，并且，R₂-R₃＝w的要求；缝隙圆弧张角φ，要符合60°≤φ≤65°的要求，短路弧段δ，要符合9°≤δ≤10°的要求；在符合没有尺寸干涉的情况下，D≤3R₂。

制作双带通频率选择表面薄膜完成后，根据雷达罩内表面形状制作工艺模具，然后采用抽真空高温工艺将双带通频率选择薄膜直接成型于雷达罩内表面，并将雷达罩口与双带通频率选择表面薄膜连接部分进行胶合封闭。

加工制造双带通频率选择表面薄膜是-项专业性很强的工作，这项工作必须由专业单位来加工生产，发明人负责提供设计方案。专业单位加工生产后再由专业测试单位对产品进行性能测试，再根据测试结果修改设计方案，直至达到设计要求为止。例如：飞机雷达天线工作频率为6GHz、12GHz，缝隙圆环1的R₁＝6.2mm，R₂＝5.5mm；缝隙短路圆环2的R₃＝4.8mm，R₄＝4.1mm，φ＝60°，δ＝9.5°；导电层6采用真空镀铜，厚度为0.1μm，当柔性电介质层选用聚酰亚胺薄膜时，介电常数为2，厚度为20μm；双带通频率选择表面薄膜的中心频率为6.1GHz、12.2GHz，传输功率下降10dB，频带宽度3GHz。就是经过设计、制造、测试和修改设计的过程后获得的具有良好性能的一种双带通频率选择表面薄膜。

Claims (7)

1.一种双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，在导电层(5)的两侧接触置有相同的柔性电介质基底(6)与柔性电介质基底(7)，柔性电介质基底(6)和导电层(5)、导电层(5)和柔性电介质基底(7)之间的接触属于没有相对移动的牢固接触；

在所述的导电层(5)的横向和纵向上，等距加工有缝隙单元图形(3)，完成按周期排列的单元图形阵列4；单元图形(3)由缝隙圆环(1)和缝隙短路圆环(2)组成，圆环(1)和短路圆环(2)的几何中心同心，且圆环(1)位于短路圆环(2)的外部，短路圆环(2)是由四段等距分布的缝隙圆弧构成，圆环(1)和短路圆环(2)的缝隙宽度相同。

2.按照权利要求1所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，所述的圆环(1)和短路圆环(2)的缝隙宽度相同是指：缝隙宽度w＝R₁-R₂＝R₃-R₄，并且，R₂-R₃＝w。

3.按照权利要求1所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，所述的在导电层(5)的横向和纵向上，等距加工有单元图形(3)是指：在满足没有尺寸干涉的情况下，D≤3R₂。

4.按照权利要求1所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，所述的短路圆环(2)是由四段等距分布的圆弧构成是指：相对的两段圆弧长相等，缝隙圆弧张角φ，要满足60°≤φ≤65°的要求，短路弧段δ，要满足9°≤δ≤10°的要求。

5.按照权利要求1所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，导电层(5)的厚度范围为0.1μm-0.5μm；耐高温、高透过率的柔性电介质基底(6)和柔性电介质基底(7)的介电常数范围为2-3，厚度范围为20μm-50μm。

6.按照权利要求5所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，导电层(5)的厚度为0.1μm、0.3μm或0.5μm；耐高温、高透过率的柔性电介质基底(6)和柔性电介质基底(7)的介电常数为2、2.5或3，厚度为20μm、45μm或50μm。

7.按照权利要求1至6中任何一项权利要求所述的双带通频率选择表面薄膜，其特征在于，导电层(5)所采用的材料可以是铜、银或金；柔性电介质基底(6)和柔性电介质基底(7)采用的材料可以是聚脂薄膜、聚丙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜。

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