一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，包括底层介质基板、中层介质基板和上层介质基板；底层介质基板上和中层介质基板上设有方环形谐振单元结构；上层介质基板为四块SSPP单元结构相互垂直交叉排列形成的井字形结构；沿垂直交叉排列的SSPP单元结构表面排列有条带栅格结构；在带凹槽方环形谐振单元结构和条带栅格结构上设有集总电阻。该结构能够进一步提高吸透一体结构的吸波和透波性能，本发明专利技术具有超宽带、高吸收率、高透射率的特点，透波频段覆盖了雷达通常工作的X波段，更有利于其在隐身天线罩中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构
本专利技术属于人工超材料
，具体涉及一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构。
技术介绍
近年来，雷达隐身技术不断发展，吸波材料的应用是武器平台隐身设计的重要方式之一，但传统吸波材料质量重、造价高，在实际应用中有很大及局限性。超材料概念的提出，为吸波材料的设计提供了新的设计方向。电磁超材料是一种新型的人工材料，由人为设计的单元结构周期性排列组成，具有独特的电磁波调控性能。2008年，第一款基于超材料设计的“完美吸波”结构被Landy等人提出，该结构由金属-介质-金属三层构成的，能够在11.48GHz达到吸波峰值96％。此后，随着计算和加工技术的不断发展，基于超材料设计的具有宽带、多频段、高稳定性、高吸收率等特点的吸波结构被广泛研究。其中，具有吸透一体特性的结构，即具有吸波特性，又能够在固定的频段透射电磁波，能够替代带通型频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)，应用于天线罩的设计，能够实现天线带外双站RCS减缩的作用。关于吸透一体结构的研究虽然取得了一定的进步，但也会存在吸收率较低、吸波和透波带频段较窄等问题。例如，南京航空航天大学申请的专利《吸透一体频率选择表面》(申请号：CN201810178556.8，公开号：CN108270085A)中，提出一种由弯曲条状金属贴片、第一类型方形介质基板、贴片电阻、空气层、第二类型方形介质基板、方形金属贴片和方环金属贴片构成的多层吸透一体结构，在保证C波段内宽频带的低插损透波的同时，使得透波频带上下均具有吸波频带，但其吸波频段带宽很窄，且吸收率较低。段坤等学者在现代雷达期刊中发表的《一种宽通带低插损的吸透一体频率选择表面》中也提出一种具有吸透一体特性的双层频率选择表面结构，由无耗带通层和损耗层组成，两层基本单元分别是耶路撒冷型缝隙单元和十字开缝单元，损耗层由集总电阻加载于相邻十字开缝单元间实现损耗吸收。该结构具有宽通带、低插损的特点，但只有一个吸波带，吸波带宽较窄，无法实现双边吸波的作用。总而言之，现有的吸透一体结构无法同时满足宽带、高吸收率和高透波率的特性，并且透波窗口通常无法覆盖X波段，不利于吸透一体结构在隐身天线罩设计中的应用。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，具有带内吸波/带外吸波特性。具有带内吸波/带外透波的特性，可用于替代传统的带通型频率选择表面结构，应用于隐身天线罩的设计，保证天线正常工作的前体现，实现带外双站雷达散射截面缩减。表面等离激元(SurfacePlasmonPolariton，SPP)是一种沿着介质和导体界面方向传播的电磁波，在沿界面上呈现约束并以倏逝波的形式衰减，能够在微波频段激发SPP模式的结构被称为人工表面等离激元(spoofsurfaceplasmonpolaritons，SSPP)。因此，除了基于FSS结构设计吸透一体结构的方法外，基于SSPP能够形成衰减波的特殊电磁特性，也能够设计成为具有宽带、高吸收率的吸透一体结构。本专利技术就是一种基于FSS与SSPP结构设计的一种级联结构，用于解决现有吸透一体结构吸波带宽或透波带宽较低的问题，进一步提高吸透一体结构的实际应用价值。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。本专利技术提供了一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，包括底层介质基板、中层介质基板和上层介质基板；所述底层介质基板上设有方环形谐振单元结构；所述中层介质基板上设有带凹槽方环形谐振单元结构；所述上层介质基板为四块SSPP单元结构相互垂直交叉排列形成的井字形结构；沿垂直交叉排列的SSPP单元结构表面排列有条带栅格结构；在带凹槽方环形谐振单元结构和条带栅格结构上设有集总电阻。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：作为优选，所述方环形谐振单元结构设于底层介质基板上表面，带凹槽方环形谐振单元结构设于中层介质基板下表面，条带栅格结构设于上层介质基板内侧面。作为优选，所述上层介质基板上印制的条带栅格结构为SSPP吸透一体结构，所述底层介质基板与中层介质基板上印制的方环形谐振单元结构和带凹槽方环形谐振单元结构为FSS吸透一体谐振单元结构。作为优选，底层介质基板与中层介质基板间距大于上层介质基板的高度。作为优选，所述带凹槽方环形谐振单元结构为方环的四条边的中间部分向内侧弯折，形成框型凹槽；凹槽内金属条带的中点处设有下集总电阻。作为优选，所述条带栅格结构为若干条带沿SSPP单元结构表面垂直方向上下排列，在垂直交叉的上层介质基板表面形成对称结构。作为优选，若干条带沿SSPP单元结构左右排列为四段，垂直交叉点在段之间，各段条带的长度由上至下依次线性递增。作为优选，各上下排列的相邻条带之间和两侧条带的两端部设有上集总电阻。作为优选，所述上层介质基板采用FR4材料。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：本专利技术提出的具有透波窗口的吸波结构由两部分组成：FSS吸波结构和SSPP吸波结构。FSS结构是双层的2D型吸透一体结构，具有低频吸波、高频透波的特性；SSPP结构是3D结构，具有低频透波、高频吸波特点；2D结构和3D结构级联，可以实现双边吸波、中间透波的作用。由于高、低吸波频带分别由两个不同的结构实现，且工作频段相差较大，级联时结构间的耦合作用对整体滤波特性影响较小，相比于其他的单一结构，设计时局限性较小，因此级联后的吸透一体结构吸波频带较宽、吸收率较高，且具有宽带、高透波特性。本专利技术吸收率大于90％的吸波带分别为2.89-5.71GHz和14.7-22.03GHz，相对带宽分别不小于65.5％和39.9％，基本覆盖S、C、Ku和K波段。-3dB透波频段为7.52-12.4GHz，相对带宽不小于49％，覆盖X波段，-1dB透波频段为8.82-10.88GHz，相对带宽不小于20.9％。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术结构3D示意图；图2为本专利技术结构的主示意图；图3为本专利技术的SSPP吸透一体结构示意图；图4为本专利技术的SSPP吸透一体单元结构示意图；图5为本专利技术的FSS吸透一体结构上层结构示意图；图6为本专利技术的FSS吸透一体结构下层结构示意图；图7为本专利技术实施例1的透射系数和反射系数仿真结果图；图8为本专利技术实施例1的吸收率仿真结果图；图9为本专利技术实施例2的透射系数和反射系数仿真结果图；图10为本专利技术实施例2的吸收率仿真结果图。图中：1、底层介质基板；2、中层介质基板；3、上层介质基板；4、方环形谐振单元结构；5、带凹槽方环形谐振单元结构；6、下集总电阻；7、SSPP吸透一体结构；71、SSPP单元结构；711、右条带栅格结构；712、左条带栅格结构；713、后条带栅格结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，其特征在于，包括底层介质基板(1)、中层介质基板(2)和上层介质基板(3)；/n所述底层介质基板(1)上设有方环形谐振单元结构(4)；所述中层介质基板(2)上设有带凹槽方环形谐振单元结构(5)；所述上层介质基板(3)上设有SSPP结构(7)；SSPP结构(7)为四块SSPP单元结构(71)排列的2×2的阵列结构；SSPP单元结构(71)由四块沿垂直方向交叉排列的条带栅格结构(711)组成；/n在带凹槽方环形谐振单元结构(5)和条带栅格结构(7)上设有集总电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，其特征在于，包括底层介质基板(1)、中层介质基板(2)和上层介质基板(3)；
所述底层介质基板(1)上设有方环形谐振单元结构(4)；所述中层介质基板(2)上设有带凹槽方环形谐振单元结构(5)；所述上层介质基板(3)上设有SSPP结构(7)；SSPP结构(7)为四块SSPP单元结构(71)排列的2×2的阵列结构；SSPP单元结构(71)由四块沿垂直方向交叉排列的条带栅格结构(711)组成；
在带凹槽方环形谐振单元结构(5)和条带栅格结构(7)上设有集总电阻。


2.根据权利要求1所述的一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，其特征在于，所述方环形谐振单元结构(4)设于底层介质基板(1)上表面，带凹槽方环形谐振单元结构(5)设于中层介质基板(2)下表面，条带栅格结构设于上层介质基板(1)内侧面。


3.根据权利要求2所述的一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，其特征在于，所述上层介质基板(3)上印制的条带栅格结构(7)为SSPP吸透一体结构，所述底层介质基板(1)与中层介质基板(2)上印制的方环形谐振单元结构(4)和带凹槽方环形谐振单元结构(5)为FSS吸透一体谐振单元结构。


4.根据权利要求1所述的一种具有高透射率透波窗口的宽带吸波结构，其特征在于，底层介质基板(1)与中层介质基板(2)间距大于上层介质基板(1)的高度。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文，蒲彦，余俊，曹攀，龚书喜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61