一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置、其制备和应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于工程化应用共形吸波材料技术领域，更具体地，涉及一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置、其制备和应用。该柱面共形的有源频率选择表面吸波装置，自内向外依次包括金属圆柱载体、贴合于所述金属圆柱载体表面的介质隔离层、贴合于所述介质隔离层表面的有源频率选择表面层以及供所述有源频率选择表面层依附的介质基底层。本发明专利技术的基于柱面共形的有源FSS吸波装置，针对的是实际应用中的简化结构即不同曲率的圆柱面。目的是为了协调理想的无限平面FSS吸波结构与实际工程应用之间的问题，在此基础上实现在微波频段电磁波吸收的特性。

A cylindrical conformal active frequency selective surface absorber, its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置、其制备和应用
本专利技术属于工程化应用共形吸波材料
，更具体地，涉及一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置、其制备和应用。
技术介绍
C波段电磁波，其频率从4.0～8.0GHz，位于火控雷达X波段和预警雷达S波段的中间过渡区，因此，其具备S与X波段各自不同的电磁散射特点，是研究目标雷达隐身的重要频段之一。从波长来看，作为厘米波的C波段电磁波，当被雷达探测的目标为分米以及米量级时，其对应的散射电磁场能量在各个方向上的分布趋向于均匀化，单一地对雷达探测目标进行修形处理已无法满足隐身指标，因此，在该频段下，应用能够进行全方位电磁波吸收的吸波材料势在必行。传统的用于工程应用中吸收C波段电磁波的吸波材料是将一些具有吸波性能的粉末和各种粘合剂混合在一起所形成的涂覆型吸波材料，其中最常见就是铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料和多晶铁纤维吸波材料。由于混合时铁粉的加入，这类传统的吸波材料往往十分笨重，且当应对的电磁波更低频时，不仅吸波性能大打折扣且所需材料的涂覆厚度更大，这使得在实际应用中特别是需要吸波材料大面积使用时，存在一定的困难。而具有的“薄”、“轻”、“宽”、“强”特性的结构型吸波材料，就此展现出了不可替代的作用。频率选择表面(FSS:FrequencySelectiveSurface)，作为一种周期性结构，是一类典型的结构型吸波材料，其对入射电磁波具有选择性反射、吸收或透过性能。而有源频率选择表面是在FSS层中加载有源可调器件，通过外接激励源控制可调器件的工作状态，改变FSS层的阻抗特性，进而改变FSS层在入射电磁波下产生的感应电流强度，从而达到改变整体柱面结构的散射特性。然而，现有的应用于C波段的FSS吸波装置都是由无限个平面二维排布的FSS单元组成，对其吸波性能的评估也只局限在反射率上。但在实际工程中，FSS吸收装置具有具体的应用目标，存在因吸收装置规格有限而带来的边缘散射等问题，将反射率作为性能指标不再合理，且当所应用的目标为曲面结构时，各个部位的FSS单元更是面临不同的电磁波入射状态。因此，在对应用于C波段的FSS吸波装置进行设计时，以雷达散射截面作为评价指标，注意尺寸有限和曲面结构带来的问题，对FSS单元进行全局的优化。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置、其制备和应用，其通过将有源频率选择表面附着于圆柱体表面且与圆柱体贴合，形成一种更接近于工程的非平面的有源FSS吸波体，实现在微波频段电磁吸收特性，由此解决结构尺寸有限的FSS吸波装置应用于实际二维曲面结构的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置，自内向外依次包括金属圆柱载体、贴合于所述金属圆柱载体外表面的介质隔离层、贴合于所述介质隔离层表面的有源频率选择表面层以及供所述有源频率选择表面层附着的介质基底层。优选地，所述金属圆柱载体为实心或空心的金属圆柱，其曲率半径范围为90mm～300mm。优选地，所述介质隔离层(2)采用的材料为芳纶纸蜂窝材料、陶瓷材料、聚酯材料或玻璃纤维增强环氧树脂材料；所述介质隔离层的厚度为4mm～10mm，所述介质隔离层的长度和宽度分别与所述有源频率选择表面层的长度和宽度一致。优选地，所述介质基底层采用的材料为玻璃纤维增强环氧树脂或聚酰亚胺膜，所述介质基底层的厚度为0.15mm～0.8mm。优选地，所述有源频率选择表面层表面具有FSS图形；所述FSS图形包括若干个按行列周期排布的FSS单元，在所述FSS单元内的目标缝隙中连接有电感；在同一水平方向的FSS单元间缝隙中连接有PIN二极管，构成串联的S型FSS行；多个S型FSS行彼此并联，构成按行列周期排布的FSS图形；所述有源频率选择表面层的左右边缘处各有一条加载电源所需的激励线(6)，所述FSS图形的左右边缘处与激励线之间连接有电感；工作时，通过外接激励电源，通过位于所述有源频率选择表面层边缘的激励线和起电路连接作用的电感，对所述有源频率选择表面层中的PIN二极管施加激励信号，加载的每个PIN二极管都处于同一工作状态；各个FSS单元之间通过加载PIN二极管构成谐振。优选地，所述FSS图形中包括若干个FSS单元，所述FSS单元由四个花瓣形图案构成，任一个所述花瓣形图案为轴对称形状，且由依次共边的半圆、矩形和等腰直角三角形组合而成，四个所述花瓣形图案以等腰直角三角形顶点相对且等距分布的方式，呈现十字排布，构成所述FSS单元；所述FSS单元之间以所述花瓣形图案中的半圆圆弧边相对且等距分布；所述FSS图形中的任意两个相邻FSS单元之间焊接有PIN二极管，按照加载激励的方向，焊接有PIN二极管的花瓣形图案与位于同一FSS单元内的、相邻的右上角或右下角的花瓣形图案通过电感相连，利用PIN二极管和电感，所述FSS单元构成串联的S型FSS行；多个所述S型FSS行彼此并联，构成按行列周期排布的FSS图形。。优选地，所述FSS图形的边缘处与所述激励线的间隔为1mm～2mm；所述激励线宽度为0.5mm～5mm。优选地，所述花瓣形图案与激励线均为导电金属薄片。优选地，所述FSS图形的长度和宽度范围均为180mm～600mm，所述FSS单元的尺寸为15mm×15mm～30mm×30mm。优选地，所述PIN二极管为贴片型PIN二极管，所述电感为贴片型电感。优选地，所述的吸波装置，其吸波频段为2.5～8.5GHz。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的吸波装置的制备方法，包括如下步骤：首先在介质基底层上制作出FSS图形，然后按照所述的吸波装置的结构要求在相应的位置焊接PIN二极管与电感构成有源FSS层；将所述FSS图形朝下，放置于介质隔离层的上表面，最后将介质隔离层的下表面依附于金属圆柱载体的表面，与圆柱表面贴合固定；外接激励电源，通过位于有源FSS层边缘的激励线和起电路连接作用的电感，对有源FSS层中的PIN二极管施加激励信号，加载的每个PIN二极管都处于同一工作状态；各个FSS单元之间通过加载PIN二极管构成谐振；行列周期排布的有源FSS层、介质基底层、介质隔离层和金属圆柱载体构成了一个完整的吸波装置。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的吸波装置的应用，用于吸收C波段电磁波。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供了一种柱面共形的有源FSS吸波装置，针对的是实际应用中的简化结构即不同曲率的圆柱面的吸波。其自内向外依次包括金属圆柱载体、贴合于所述金属圆柱载体表面的介质隔离层、贴合于所述介质隔离层表面的有源频率选择表面层以及供所述有源频率选择表面层依附的介质基底层。所述有源频率选择表面层上具有按行列周期排布的FSS图形；所述有源频率选择表面层的左右边缘处各有一条加载电源所需的激励线。该吸波装置通过复合FSS吸波体与简化外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置，其特征在于，自内向外依次包括金属圆柱载体(1)、贴合于所述金属圆柱载体外表面的介质隔离层(2)、贴合于所述介质隔离层表面的有源频率选择表面层(3)以及供所述有源频率选择表面层附着的介质基底层(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种柱面共形的有源频率选择表面吸波装置，其特征在于，自内向外依次包括金属圆柱载体(1)、贴合于所述金属圆柱载体外表面的介质隔离层(2)、贴合于所述介质隔离层表面的有源频率选择表面层(3)以及供所述有源频率选择表面层附着的介质基底层(4)。


2.如权利要求1所述的吸波装置，其特征在于，所述金属圆柱载体(1)为实心或空心的金属圆柱，其曲率半径范围为90mm～300mm。


3.如权利要求1所述的吸波装置，其特征在于，所述介质隔离层(2)采用的材料为芳纶纸蜂窝材料、陶瓷材料、聚酯材料或玻璃纤维增强环氧树脂材料；所述介质隔离层(2)的厚度为4mm～10mm，所述介质隔离层(2)的长度和宽度分别与所述有源频率选择表面层(3)的长度和宽度一致。


4.如权利要求1所述的吸波装置，其特征在于，所述介质基底层(4)采用的材料为玻璃纤维增强环氧树脂或聚酰亚胺膜，所述介质基底层(4)的厚度为0.15mm～0.8mm。


5.如权利要求1所述的吸波装置，其特征在于，所述有源频率选择表面层(3)表面具有FSS图形；
所述FSS图形包括若干个按行列周期排布的FSS单元，在所述FSS单元内的目标缝隙中连接有电感(8)；在同一水平方向的FSS单元间缝隙中连接有PIN二极管(7)，构成串联的S型FSS行；多个S型FSS行彼此并联，构成按行列周期排布的FSS图形；
所述有源频率选择表面层(3)的左右边缘处各有一条加载电源所需的激励线(6)，所述FSS图形的左右边缘处与激励线(6)之间连接有电感(8)；
工作时，通过外接激励电源，通过位于所述有源频率选择表面层(3)边缘的激励线(6)和起电路连接作用的电感(8)，对所述有源频率选择表面层(3)中的PIN二极管(7)施加激励信号，加载的每个PIN二极管都处于同一工作状态；各个FSS单元之间通过加载PIN二极管构成谐振。


6.如权利要求5所述的吸波装置，其特征在于，所述FSS图形中包括若...

【专利技术属性】
技术研发人员：江建军，缪灵，别少伟，贺云，郦程丽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42