本發(fā)明屬于隱身技術(shù)與天線罩，具體為一種超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有雷達、傳統(tǒng)通訊領(lǐng)域中，電磁收發(fā)設(shè)備對屏蔽干擾信號、在目標頻段內(nèi)通訊的需求日益增加?，F(xiàn)有文獻中，已有大量學(xué)者開展了基于頻率選擇表面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)單一或多頻段電磁屏蔽的研究，均通過單元周期性性排布構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)電磁屏蔽等功能。

2、現(xiàn)有技術(shù)1“一種寬頻寬角頻率選擇表面天線罩”(申請?zhí)枺篶n201911119979.3)提出了多層電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，并采用頻率選擇表面構(gòu)成雪夫阻抗變換器，形成較穩(wěn)定的諧振響應(yīng)，實現(xiàn)了寬角度電磁波掃描和高效透波功能。

3、現(xiàn)有技術(shù)2“一種金屬蜂窩腔體夾層結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面”(申請?zhí)枺篶n202410244941.3)對具有通帶低損耗特性的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面(fss)進行了說明，與通常采用樹脂介質(zhì)板作襯底的fss相比，所設(shè)計的由涂覆金屬薄膜和金屬及其復(fù)合材料組成的蜂窩腔體fss，其內(nèi)部為空氣介質(zhì)，在減輕整體重量的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)通帶低損耗、承重優(yōu)異的性能。此外，上下兩層蒙皮結(jié)構(gòu)的縫隙單元刻蝕在靠近蜂窩單元邊界的位置，有效增強了斜入射的穩(wěn)定性。

4、現(xiàn)有技術(shù)3“一種基于寬阻帶低頻多層頻率選擇表面的天線罩”(申請?zhí)枺篶n201911368830.9)采用上叉指和下叉指結(jié)構(gòu)，所設(shè)計的三層導(dǎo)電層通過相互耦合諧振，多個諧振形成寬帶諧振，有效增強耦合電容的同時，降低了結(jié)構(gòu)的諧振頻率，延展了工作阻帶帶寬。

5、由于，已公開的天線罩根據(jù)種類的不同，各自有其局限性，現(xiàn)有技術(shù)存在電磁屏蔽性能交叉和接收效率較低，無法同時兼具抗撞擊、質(zhì)輕、易曲面共形的性能的問題。因此，迫切需要多功能共形天線罩設(shè)計的新方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法包括以下步驟：

2、步驟1，根據(jù)天線罩的工作環(huán)境以及結(jié)構(gòu)需具備防護等需求設(shè)計天線罩；

3、所述天線罩包括介質(zhì)層和金屬層，所述介質(zhì)層為半球面結(jié)構(gòu)，所述金屬層設(shè)置在所述介質(zhì)層內(nèi)側(cè)，所述金屬層包括多個天線罩單元；

4、步驟2，利用頻率選擇原理，設(shè)計集成超低頻阻帶和高頻通帶功能的天線罩單元；

5、步驟3，將金屬層的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)在曲面表面進行非常規(guī)投影，得到蜂窩網(wǎng)柵排布圖案，并通過x向和y向全部金屬條帶構(gòu)建金屬層的天線罩單元；

6、步驟4，分別計算金屬層x向和y向全部金屬條帶參數(shù)。

7、更進一步地，在步驟1中，所述天線罩為半球面結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)層和金屬層；

8、所述介質(zhì)層包括三層介質(zhì)，從上到下依次是第一層、第二層和第三層介質(zhì)基板，第一層介質(zhì)基板和第三層介質(zhì)基板是石英材料，第二層介質(zhì)基板是紙蜂窩材料；

9、所述第二層介質(zhì)基板設(shè)置在所述第一層介質(zhì)基板和第三層介質(zhì)基板之間；

10、所述金屬層由天線罩單元結(jié)構(gòu)陣列排布組成，設(shè)置在所述第三層介質(zhì)基板內(nèi)壁。

11、更進一步地，在步驟2中，所述天線罩單元結(jié)構(gòu)為方環(huán)形網(wǎng)柵，所述方環(huán)形網(wǎng)柵為正方形單元，單元中心開設(shè)有正方形孔；所述方環(huán)形網(wǎng)柵的電磁屏蔽效能se為：

12、

13、se＝-10log10(t)

14、se為電磁屏蔽效能，λ為工作波長，g為網(wǎng)柵周期，a為網(wǎng)柵線寬，t為透波率；λ＝c/f,c＝3×108，f為低頻或高頻波的工作頻率。

15、更進一步地，在步驟2中，網(wǎng)柵周期g應(yīng)小于1/3個波長，并基于周期的尺寸限制，理論計算網(wǎng)柵單元在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)在低頻f1和高頻f2下對應(yīng)的電磁屏蔽效能se和透波率t，選取同時滿足se＝30和t＝0.8的網(wǎng)柵周期范圍和網(wǎng)柵線寬a。

16、更進一步地，在步驟3中，由寬度為2a的金屬條帶構(gòu)建天線罩金屬層。

17、更進一步地，在步驟4中，還包括以下步驟：

18、步驟41，確定y＝0處金屬條帶的半徑；

19、步驟42，基于y＝0處金屬條帶的半徑計算其他y方向金屬條帶的半徑；

20、步驟43，計算x方向金屬條帶排布參數(shù)。

21、更進一步地，在步驟41中，所述y＝0處金屬條帶的半徑為：

22、r2＝r1-h1-h2-h3

23、其中，h1為第一層介質(zhì)基板厚度，h2為第二層介質(zhì)基板厚度，h3為第三層介質(zhì)基板厚度，r1為第一層介質(zhì)基板的外徑；

24、在網(wǎng)柵周期g范圍中選取能夠滿足y＝0處金屬條帶的半徑由被n個天線罩單元等分的網(wǎng)柵周期g。

25、更進一步地，在步驟42中，設(shè)定y＝0處天線罩單元投影間距gyo與理論計算的網(wǎng)柵周期g相同，使用初始半徑r2的金屬條帶從球心向+y方向移動投影間距g，移動后經(jīng)度條帶半徑計算為：

26、

27、i表示由中心向兩極偏移周期的個數(shù)，gyo表示y＝0處天線罩的網(wǎng)柵周期，r2i為y＝0處金屬條帶第i次移動對應(yīng)金屬條帶的半徑；

28、將沿+y軸移動的所有金屬條帶沿xoz面鏡像對稱，得到天線罩另外半球的金屬條帶排布位置和對應(yīng)的半徑。

29、更進一步地，在步驟43中，設(shè)定x方向上天線罩在y＝0處單元弧間距為gx，金屬條帶需依次旋轉(zhuǎn)θ來實現(xiàn)x方向的排布，θ＝(gx/r2)，即以θ為旋轉(zhuǎn)角依次旋轉(zhuǎn)復(fù)制(π/θ)次；x方向上天線罩單元弧間距gx與網(wǎng)柵周期g相同。

30、本發(fā)明達到的有益效果是：

31、與基于頻率選擇表面的高導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高效透波的方法相比，本發(fā)明提供的石英-紙蜂窩-石英復(fù)合介質(zhì)基板，具備良好的機械承重性能以及耐高溫等特性，其中使用的紙蜂窩質(zhì)輕、環(huán)保，使得天線罩能夠共形至曲面結(jié)構(gòu)。此外，采用“經(jīng)緯等分”思想的設(shè)計方案，能夠保證斜入射天線罩性能的穩(wěn)定性。

32、與利用多層交叉指結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強耦合電容和寬帶阻帶的方法相比，本發(fā)明提供的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)設(shè)計方案在降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶內(nèi)的電磁屏蔽功能，因此本發(fā)明的方法具有寬帶及易加工特性。此外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)低阻高通的濾波效果，可以滿足不同頻段的通信需求。

技術(shù)特征：

1.一種超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟1中，所述天線罩為半球面結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)層和金屬層；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟2中，所述天線罩單元結(jié)構(gòu)為方環(huán)形網(wǎng)柵，所述方環(huán)形網(wǎng)柵為正方形單元，單元中心開設(shè)有正方形孔；所述方環(huán)形網(wǎng)柵的電磁屏蔽效能se為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟2中，網(wǎng)柵周期g應(yīng)小于1/3個波長，并基于周期的尺寸限制，理論計算網(wǎng)柵單元在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)在低頻f1和高頻f2下對應(yīng)的電磁屏蔽效能se和透波率t，選取同時滿足se＝30和t＝0.8的網(wǎng)柵周期范圍和網(wǎng)柵線寬a。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟3中，由寬度為2a的金屬條帶構(gòu)建天線罩金屬層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟4中，還包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟41中，所述y＝0處金屬條帶的半徑為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟42中，設(shè)定y＝0處天線罩單元投影間距gyo與理論計算的網(wǎng)柵周期g相同，使用初始半徑r2的金屬條帶從球心向+y方向移動投影間距g，移動后經(jīng)度條帶半徑計算為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟43中，設(shè)定x方向上天線罩在y＝0處單元弧間距為gx，金屬條帶需依次旋轉(zhuǎn)θ來實現(xiàn)x方向的排布，θ＝(gx/r2)，即以θ為旋轉(zhuǎn)角依次旋轉(zhuǎn)復(fù)制(π/θ)次；x方向上天線罩單元弧間距gx與網(wǎng)柵周期g相同。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種超低頻阻帶蜂窩網(wǎng)柵共形天線罩及設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)天線罩的工作環(huán)境以及結(jié)構(gòu)需具備防護等需求設(shè)計天線罩；步驟2，利用頻率選擇原理，設(shè)計集成超低頻阻帶和高頻通帶功能的天線罩單元；步驟3，將金屬層的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)在曲面表面進行非常規(guī)投影，得到蜂窩網(wǎng)柵排布圖案，并通過x向和y向全部金屬條帶構(gòu)建金屬層的天線罩單元；步驟4，分別計算金屬層x向和y向全部金屬條帶參數(shù)。本發(fā)明具有寬帶、高效與易加工等優(yōu)勢，可應(yīng)用于超低頻電磁隱身，寬角域空間波束探測等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：許河秀,張雨瓊,王慧
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9