一种宽频宽角频率选择表面天线罩制造技术

本发明专利技术属于隐身技术与雷达天线技术领域，特别涉及一种宽频宽角频率选择表面天线罩，所述天线罩为多个基本单元阵列排布而成，所述基本单元包括依次设置的第一电介质层、第二电介质层、频率选择表面层和第三电介质层。本发明专利技术对称加载电介质层，与频率选择表面层构成切比雪夫阻抗变换器，解决了天线罩透波频带窄、透波率低、角度不稳定的问题；同时，利用超材料设计原理构成频率选择表面层，由基本单元按照正方形周期排布而成，包含独特设计的一种小型化、亚波长周期图案，相比较于加载金属网栅、多层超材料表面耦合形式以及其它形式的频率选择表面的多层天线罩，高透波相对带宽更宽，角度使用范围更大、结构简单、成本低。

A wide frequency and wide angle frequency selective surface Radome

【技术实现步骤摘要】
一种宽频宽角频率选择表面天线罩
本专利技术属于隐身技术与雷达天线
，具体涉及一种宽频宽角频率选择表面天线罩。
技术介绍
传统天线罩设计中，天线罩的频带较窄(1～3％)，采用单层半波壁结构天线罩容易满足其电性能要求。但对于在一定频带范围内使用的宽频带天线罩，常用A、B、C夹层的罩壁结构形式，A夹层结构由低介电常数、低损耗、低密度的中间芯层(泡沫或蜂窝状结构)和内外两层比较致密的薄的表面层(蒙皮)组成。B夹层结构是由两层低介电常数、低密度的表面层和比较致密的芯层组成；C夹层结构(五层)是由两层A夹层结构组合而成。这三种结构中最常见的是A和C夹层结构,此外,两层结构(致密外蒙皮和泡沫芯层)也比较常见,它是A夹层结构缺少内蒙皮的一种特殊形式。无论是半波壁还是多层罩壁的天线罩，其透波设计原理是基于电磁波干涉，这将必然导致天线罩只能在特定角度、特点频点上满足高透波的要求，另外，高透波要求天线罩电介质材料具有非常低的介电常数，因此，只有采用具有低的介电常数的泡沫、类泡沫或多孔材料作为透波材料，但这类材料的强度和力学性能都是比较差的，单一的此类材料无法满足力学和其它性能的要求，所以必须采用多层罩壁结构来满足频带宽度的要求。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术旨在提供一种罩壁结构简单的实心半波壁宽频宽角频率选择表面天线罩。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种宽频宽角频率选择表面天线罩，所述天线罩为多个基本单元阵列排布而成，所述基本单元包括依次设置的第一电介质层、第二电介质层、频率选择表面层和第三电介质层。作为一种改进，每个所述基本单元的频率选择表面层包括位于基本单元中心的实心方形金属贴片、套设在实心方形金属贴片外围的方环形金属贴片和四个位于方环形金属贴片内角和实心方形金属贴片外角之间的“L”形金属贴片。进一步的，所述第一电介质层与第三电介质层的材料属性、厚度一致；所述第一电介质层与第三电介质层对称加载，与频率选择表面层构成切比雪夫阻抗变换器。更进一步的，当所述天线罩要求耐高温性能时，所述频率选择表面层采用电介质层表面金属化，然后采用激光刻蚀的工艺制备。作为进一步改进，当温度大于等于500摄氏度时，远离天线罩外表面的第二电介质层可以忽略。优选的，所述频率选择表面层的材料采用铝或铜；优选的，当温度超过1000℃时，所述频率选择表面层的材料采用铂金、钨。作为更进一步的改进，当所述天线罩为亚音速飞行器雷达天线罩时，所述第一电介质层和第三电介质层的材料采用石英纤维增强氰酸酯预聚物或石英纤维增强环氧树脂、酚醛树脂的一种或几种；所述第二电介质层的材料采用聚酰亚胺膜或聚四氟乙烯、FR4板中的一种或几种；所述频率选择表面层采用柔性印刷线路板工艺制备。进一步的，当所述天线罩为高马赫数飞行器雷达天线罩时，所述第一电介质层和第三电介质层的材料采用石英纤维增强陶瓷、氮化硅、氧化铝、石英陶瓷多孔芯层的一种或几种。更进一步的，当所述天线罩为亚音速飞行器雷达天线罩时，所述第一电介质层和第三电介质层采用热压罐成型工艺；当所述天线罩为高马赫数飞行器雷达天线罩时，所述第一电介质层和第三电介质层采用熔融石英注浆烧结成型工艺。作为进一步的改进，第一电介质层、第三电介质层的物理厚度为d＝3～4mm；所述基本单元正交排布周期T＝4～5mm，方环形图案外边长T＝4～5mm，方环形图案金属宽度W1＝0.1～0.3mm；“L”形图案臂长L1＝1～2mm，金属线宽W2＝0.1～0.3mm；方形实心金属贴片边长L2＝2～3mm；方环形金属贴片与“L”形金属贴片之间的间隔S1＝0.1～0.3mm，相邻“L”形金属贴片之间的间隔S3＝0.1～0.3mm，“L”形金属贴片与实心方形金属贴片之间的间隔S2＝0.3～0.5mm。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种宽频宽角频率选择表面天线罩，对称加载电介质层，与频率选择表面层构成切比雪夫阻抗变换器，解决了天线罩透波频带窄、透波率低、角度不稳定的问题；同时，利用超材料设计原理构成频率选择表面层，由基本单元按照正方形周期排布而成，包含独特设计的一种小型化、亚波长周期图案，相比较于加载金属网栅、多层超材料表面耦合形式以及其它形式的频率选择表面的多层天线罩，高透波相对带宽更宽，角度使用范围更大、结构简单、成本低。附图说明图1是本专利技术一种宽频宽角频率选择表面天线罩的罩壁结构形式示意图；图2是本专利技术一种宽频宽角频率选择表面天线罩的频率选择表面层及其基本单元示意图；图3是本专利技术一种宽频宽角频率选择表面天线罩的频率选择表面基本单元图案示意图；图4是切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换器示意图；图5是本专利技术一种宽频宽角频率选择表面天线罩透波曲线示意图；图6是去掉频率选择表面层时的天线罩透波曲线示意图；图7是频率选择表面天线罩等效折射率、等效介电常数与等效磁导率曲线示意图。具体实施方式以下结合图1-7具体说明本专利技术提供的一种宽频宽角频率选择表面天线罩。如图1所示，本专利技术提供一种宽频宽角频率选择表面天线罩，为多个基本单元阵列排布而成，所述基本单元包括依次设置的第一电介质层1、第二电介质层2、频率选择表面层3和第三电介质层4。其中所述第二电介质层2为支撑电介质层，是频率选择表面层3的金属支撑层。作为本专利技术的一种优选实施例，本专利技术所述第一电介质层1与第三电介质层4的材料属性、厚度一致；所述第一电介质层1与第三电介质层4对称加载，与频率选择表面层3构成切比雪夫阻抗变换器。如图4所示，切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换器是展宽透波频带最常见的技术手段，其本质是采用1/4波长阻抗渐变的方式导入与导出电磁波，在光学薄膜领域较为常见，随着波长的增加，在微波波段，波长达到厘米量级，继续使用1/4波长阻抗渐变的方法传输电磁波，最终构造的物理厚度将太厚而无法应用，但是，本专利技术采用小型化频率选择表面，利用其宽频、宽角谐振特性，与电介质1与电介质4构成一种最为简单的切比雪夫渐变型阶梯阻抗变换器。本专利技术采用在频率选择表面层3两侧对称加载电介质的方法设计天线罩，展宽透波频带、提高角度稳定性，解决了天线罩透波频带窄、透波率低、角度不稳定的问题。作为一种改进，每个所述基本单元的频率选择表面层3包括位于基本单元中心的实心方形金属贴片8、套设在实心方形金属贴片8外围的方环形金属贴片6和四个位于方环形金属贴片6内角和实心方形金属贴片8外角之间的“L”形金属贴片7。超材料设计原理即利用常见的电偶极子、磁偶极模型进行组合优化，获得一种小型化的电谐振晶格结构，最优化的电谐振晶格设计理论尚未建立，利用超材料设计原理更多的是借助经验与电谐振结构电磁场分布特征，本专利技术的特殊频率选择表面是由“L”形金属贴片7、方环形金属贴片6和实心方形金属贴片8构成，最终构造出基本单元的频率选择表面层图案5。如图2-3所示，所述频率选择表面层3以一个4×4的周期阵列表示，由于采用亚波长单元周期，宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，所述天线罩为多个基本单元阵列排布而成，所述基本单元包括依次设置的第一电介质层、第二电介质层、频率选择表面层和第三电介质层。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，所述天线罩为多个基本单元阵列排布而成，所述基本单元包括依次设置的第一电介质层、第二电介质层、频率选择表面层和第三电介质层。


2.如权利要求1所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，每个所述基本单元的频率选择表面层包括位于基本单元中心的实心方形金属贴片、套设在实心方形金属贴片外围的方环形金属贴片和四个位于方环形金属贴片内角和实心方形金属贴片外角之间的“L”形金属贴片。


3.如权利要求1所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，所述第一电介质层与第三电介质层的材料属性、厚度一致；所述第一电介质层与第三电介质层对称加载，与频率选择表面层构成切比雪夫阻抗变换器。


4.如权利要求1所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，当所述天线罩要求耐高温性能时，所述频率选择表面层采用电介质层表面金属化，然后采用激光刻蚀的工艺制备。


5.如权利要求1所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，当温度大于等于500摄氏度时，远离天线罩外表面的第二电介质层可以忽略。


6.如权利要求1所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，所述频率选择表面层的材料采用铝或铜；
当温度超过1000℃时，所述频率选择表面层的材料采用铂金或钨。


7.如权利要求3所述的宽频宽角频率选择表面天线罩，其特征在于，当所述天线罩为亚音速飞行器雷达天线罩时，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐念喜，高劲松，单冬至，宋乃涛，陈新，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22