單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料和天線罩技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料及 其天線罩和天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超材料是一種人工合成材料，通過將小于波長的周期性單元結(jié)構(gòu)整齊合理地排列 在介質(zhì)基板的表面或嵌入介質(zhì)基板內(nèi)部來人為地改變介質(zhì)基板的電磁特性，從而實(shí)現(xiàn)操控 電磁波的功能。周期性單元結(jié)構(gòu)可以由附著在介質(zhì)基板上的金屬箔、電阻電容薄膜和磁性 材料等實(shí)現(xiàn)。一般而言，超材料介質(zhì)基板上的金屬箔周期性單元結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)頻率選擇功 能，使超材料在特定頻帶上實(shí)現(xiàn)透波特性。電阻或磁性材料等周期性單元結(jié)構(gòu)可獨(dú)立地或 者與金屬箔相結(jié)合地使超材料在特定頻帶上實(shí)現(xiàn)吸波特性。
[0003] 目前，已有諸多金屬箔周期性單元結(jié)構(gòu)作為頻率選擇表面（FSS)應(yīng)用于天線罩領(lǐng) 域。這些頻率選擇表面天線罩不僅從物理上保護(hù)了天線或者陣列天線，而且在電磁特性上 實(shí)現(xiàn)了電磁窗的作用，即僅讓天線工作頻帶內(nèi)的電磁波通過天線罩。但這類由金屬箔周期 性單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的FSS天線罩的雷達(dá)散射截面（RCS)往往較高，因此不利于天線罩和天線 系統(tǒng)達(dá)到隱身的目的。
[0004] 將電阻或磁性材料等周期性單元結(jié)構(gòu)與金屬箔周期性單元結(jié)構(gòu)復(fù)合在一起可實(shí) 現(xiàn)吸波功能。金屬箔能反射電磁波。在實(shí)現(xiàn)吸波功能時(shí)，金屬箔充當(dāng)金屬接地板的作用，將 特定頻段上的電磁波反射回去以供電阻或磁性材料吸收。
[0005] 目前，很多文獻(xiàn)資料顯示已通過金屬箔、集總電阻或磁性材料周期性單元結(jié)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)了幾種透波/吸波復(fù)合超材料。這些復(fù)合超材料一般具有一個(gè)透波通帶和一個(gè)吸波頻 帶。吸波頻帶位于低于通帶或者高于通帶的頻帶上。如在較低頻帶實(shí)現(xiàn)透波特性和在較高 頻帶實(shí)現(xiàn)吸波特性的低透高吸的復(fù)合超材料，或者在較低頻帶實(shí)現(xiàn)吸波特性和在較高頻帶 實(shí)現(xiàn)透波特性的低吸高透的復(fù)合超材料。這些復(fù)合超材料的通帶帶寬普遍較窄。大多數(shù)這 種復(fù)合超材料均在一個(gè)頻點(diǎn)附近有較好的透波特性。
[0006] 但在實(shí)際需求中，應(yīng)用于天線罩的復(fù)合超材料不僅要求具有透波特性的通帶有一 定帶寬，而且在通帶外雙側(cè)的高低頻帶上均需要有吸波特性。這樣的切實(shí)需要可以使天線 或者陣列天線在其工作頻帶外的高低頻帶上均獲得低雷達(dá)散射截面（RCS)，從而很好地實(shí) 現(xiàn)隱身。目前，國內(nèi)外還沒有文獻(xiàn)顯示已有發(fā)明創(chuàng)新填補(bǔ)了這項(xiàng)技術(shù)空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合超材料技術(shù)的僅在頻率選擇表面（FSS)的透波通帶外單側(cè)形成吸 波特性的缺陷，提供一種復(fù)合超材料。在IGHz到30GHz頻帶內(nèi)，該種復(fù)合超材料在X頻帶內(nèi) 有一個(gè)高透波率通帶，通帶帶寬為20 %，帶內(nèi)透波率大于90 % ;在透波通帶外的低頻帶-S 頻帶上和透波通帶外的高頻帶-Ku頻帶和K頻帶上該復(fù)合超材料均具有顯著的吸波特性。
[0008] 具體技術(shù)方案如下：一種單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料，包括一塊非導(dǎo)電材料制成 的介質(zhì)基板100和埋置在所述介質(zhì)基板內(nèi)的四層周期性超材料結(jié)構(gòu)層；所述四層周期性超 材料結(jié)構(gòu)層按照從上至下的順序，分別為電阻薄膜層102、第一金屬貼片層103,第二金屬 貼片層104和第三金屬貼片層105 ;所述單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料被虛擬地劃分為多個(gè) 周期性排布的正方形單元結(jié)構(gòu)101 ;每個(gè)正方形單元結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)基板，及夾在介質(zhì)基板 中間的各層微單元結(jié)構(gòu)，依次為正方形環(huán)狀電阻薄膜、"回"字型金屬貼片一、"田"字型金屬 貼片、"回"字型金屬貼片二；所述"回"字型金屬貼片一與"回"字型金屬貼片二的結(jié)構(gòu)相 同。
[0009] 進(jìn)一步地，所述正方形單元結(jié)構(gòu)101分層依次對(duì)應(yīng)1個(gè)正方形環(huán)狀電阻薄膜、4個(gè) "回"字型金屬貼片一、4個(gè)"田"字型金屬貼片、4個(gè)"回"字型金屬貼片二。
[0010] 進(jìn)一步地，所述正方形環(huán)狀電阻薄膜的外邊長為16mm，內(nèi)邊長為12mm。
[0011] 進(jìn)一步地，所述"回"字型金屬貼片一為外側(cè)用金屬細(xì)線圍成的正方形邊框和內(nèi)側(cè) 的正方形金屬貼片組成；正方形金屬貼片的中心點(diǎn)與正方形邊框的中心點(diǎn)重合。
[0012] 進(jìn)一步地，所述"田"字型金屬貼片為用金屬細(xì)線圍成的正方形邊框和一個(gè)中心為 圓孔與十字縫隙組合形狀的正方形金屬貼片構(gòu)成。
[0013] 進(jìn)一步地，所述金屬細(xì)線的長為8. 5mm，寬為0? 5mm;正方形金屬貼片的邊長為 5. 5mm〇
[0014] 進(jìn)一步地，所述"田"字型金屬貼片上的圓孔半徑為0. 8mm;十字縫隙的長為4mm， 寬為0. 5mm，正方形金屬貼片的邊長為5. 5mm。
[0015] 進(jìn)一步地，所述電阻薄膜層102距離介質(zhì)基板的上表面的厚度為4. 5mm，所述第一 金屬貼片層103與電阻薄膜層102之間介質(zhì)基板的厚度為9mm ;所述第一金屬貼片層103與 所述第二金屬貼片層104之間介質(zhì)基板的厚度為1mm ;所述第二金屬貼片層104與所述第 三金屬貼片層105之間介質(zhì)基板的厚度為1mm ;第三金屬貼片層105距離介質(zhì)基板下表面 的厚度為4. 5mm。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種天線罩，用于罩設(shè)在天線系統(tǒng)的輻射方向上，包括以上所述 的單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種天線系統(tǒng)，包括天線以及上述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于 天線上。
[0018] 采用本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料實(shí)現(xiàn)頻率選 擇的金屬貼片層能使陣列天線在X頻帶保持良好的輻射特性，能自由通信；同時(shí)，在X頻帶 通帶兩側(cè)的S頻帶，Ku頻帶和K頻帶內(nèi)，復(fù)合超材料天線罩中具有吸波特性的電阻薄膜層 聯(lián)合金屬貼片層一起發(fā)揮作用，很好地吸收了入射到天線罩后又被金屬貼片層反射回來的 電磁波，從而顯著地降低了該陣列天線在這些頻帶內(nèi)的雷達(dá)散射截面（RCS)，很好地實(shí)現(xiàn)隱 身目的。在X頻帶內(nèi)，該復(fù)合超材料天線罩也能吸收被金屬貼片層反射回來的部分電磁波， 使陣列天線在X頻帶內(nèi)的RCS也有一定的縮減。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料中靠近介質(zhì)基板上表面的電阻薄膜 層的單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料中的第一金屬貼片層的單元結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料中的第二金屬貼片層的單元結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0023]圖5是在三維直角坐標(biāo)系XYZ下，本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料電阻薄膜 層的單元結(jié)構(gòu)與第一金屬貼片層、第三金屬貼片層的單元結(jié)構(gòu)的疊置在一起時(shí)的結(jié)構(gòu)示意 圖；第一金屬貼片層和第三金屬貼片層的結(jié)構(gòu)相同，為方便看清這三層結(jié)構(gòu)，各層之間的介 質(zhì)基板被隱藏了；
[0024]圖6是在三維直角坐標(biāo)系下，本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料中電阻薄膜層 的單元結(jié)構(gòu)與第二金屬貼片層的單元結(jié)構(gòu)的疊置在一起時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；為方便看清這兩 層結(jié)構(gòu)，各層之間的介質(zhì)基板被隱藏了；
[0025] 圖7是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料的電阻薄膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料的第一金屬貼片層的結(jié)構(gòu)示意圖；第 三金屬貼片層和第一金屬貼片層的結(jié)構(gòu)一致；
[0027] 圖9是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料的第二金屬貼片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖10是本發(fā)明中單通帶雙側(cè)吸波復(fù)合超材料天線罩與線極化波導(dǎo)縫隙陣列天線 系統(tǒng)不意圖；
[0029] 圖11是本發(fā)明中當(dāng)線極化平面電磁波沿-Z方向照射單通帶雙側(cè)吸波復(fù)