一种天线窗及设计方法技术

本发明专利技术提出一种天线窗及设计方法，由外到内依次包括承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层和隔热补偿层。本发明专利技术充分利用天线窗承载透波层固有谐振特性，并利用隔热匹配层的隔热与耦合双重作用，仅通过一层滤波功能层便实现了宽频带滤波特性；本发明专利技术具有结构工艺简单、剖面高度低、同时具备耐高温与宽频带等特点，对于高温工作环境下天线系统抗电磁干扰/谐波抑制等功能实现具有重要意义。制等功能实现具有重要意义。制等功能实现具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种天线窗及设计方法


[0001]本专利技术涉及一种天线窗及设计方法，属于天线窗电磁兼容/隐身设计


技术介绍

[0002]随着飞行器/舰船/卫星/通信系统等装备的功能不断提升，大量电子设备集中安装在狭小的空间内，往往会对设备或人员产生严重的电磁干扰。为解决这一问题，研究人员广泛开展了天线/天线窗电磁兼容性(EMC)设计，在改善总体电磁兼容性的同时，也能起到提高天线隐身/电磁屏蔽性能的作用。
[0003]滤波天线窗作为一种空间滤波结构，一方面，对天线系统通带外的干扰电磁波具有较好的滤波作用，又同时能保证通带内电磁波的有效传输，可以作为改善电磁兼容性的措施应用到相关设计中；另一方面，天线系统中非线性电子设备产生的谐波可以通过天线辐射的途径进入外界环境，是电磁干扰的一个重要因素，而滤波天线窗在天线基波频带内高效传输，在二次和三次谐波频段内抑制电磁能量辐射，可以降低系统对环境的电磁污染。
[0004]中国专利技术专利2015101945648公开了一种“低通滤波结构、天线窗及天线系统”，用以解决天线对工作频带外电磁波的屏蔽问题。该专利为了实现低通滤波工作，其低通滤波结构包括三层低通滤波层，每层低通滤波层由置于基材上的多个不相连的导电几何结构组成。但这种方法增加了设计与工艺复杂度，只能进行低通滤波设计，且不具备耐高温特性。
[0005]中国专利技术专利2012100509328公开了一种“具有滤波功能的超材料天线窗和天线”，通过在基板上附着特定形状的人造微结构，使得基于超材料的天线窗具有一定的滤波功能，但该专利不涉及宽频带及耐高温设计方法。
[0006]中国专利技术专利2017109680894公开了一种“滤波天线窗”，其滤波组件包括介质层及位于介质层表面的超构结构体，可以达到对工作频带内电磁波透波、工作频带外电磁波高效反射，但该专利不涉及宽频带及耐高温设计方法。
[0007]中国专利技术专利201610267196X公开了一种“耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线窗一体化成型方法”，该专利设计的天线窗既耐高温同时又兼顾透波要求，但该专利不涉及宽频带滤波，不能解决天线工作频带外电磁屏蔽问题。
[0008]虽然目前已有关于耐高温天线窗以及滤波天线窗等相关研究工作，为满足耐高温或防隔热需求，要求天线窗需采取一定厚度的隔热层设计，而过于厚的隔热层会带来损耗的增加，会影响天线窗的整体透波效果；另外为实现天线窗的宽频带滤波效果，常规的基于FSS(频率选择表面)的设计方案，一般需要至少两层FSS，而随着FSS层数的增加，也会影响天线窗的整体透波效果。综上，耐高温、隔热特性、宽频带工作特性、高的带内透波率特性之间存在制约关系。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术不足之一，提供一种耐高温、宽频带滤波的天线窗及设计方法。
[0010]本专利技术的技术解决方案：一种天线窗，由外到内依次包括承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层、隔热补偿层；
[0011]所述的滤波功能层的中心工作频点f
H
≈f0+BW2，所述的承载透波层中心工作频点f
L
≈f0‑
BW2，所述的隔热匹配层厚度h2满足14λ
r2
＜h2＜12λ
r2
，其中f0为天线窗中心工作频点，BW为天线窗透波工作带宽，λ
r2
为隔热匹配层的波长。
[0012]一种天线窗设计方法，由外到内依次包括承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层、隔热补偿层；
[0013]设计包括以下步骤，
[0014]根据天线窗电性能要求和工作环境，获得天线窗中心工作频点、透波工作带宽和总隔热厚度；
[0015]根据天线窗中心工作频点、透波工作带宽和总隔热厚度，设计承载透波层、滤波功能层和隔热匹配层，包括对承载透波层、滤波功能层和隔热匹配层材料、厚度、电性能设计；和
[0016]根据隔热匹配层和总隔热厚度，设计隔热补偿层。
[0017]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0018](1)本专利技术充分利用天线窗承载透波层固有谐振特性，并利用隔热匹配层的隔热与耦合双重作用，仅通过一层滤波功能层便实现了宽频带滤波特性；
[0019](2)本专利技术具有结构工艺简单、剖面高度低、同时具备耐高温与宽频带等特点，对于高温工作环境下天线系统抗电磁干扰/谐波抑制等功能实现具有重要意义。
附图说明
[0020]图1为本专利技术天线窗整体示意图；
[0021]图2为本专利技术天线窗剖面结构示意图；
[0022]图3为本专利技术图2A处剖视图；
[0023]图4为本专利技术图3B处放大图。
[0024]图5为实施例天线窗电性能示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。
[0026]本专利技术针对天线窗/天线窗的耐高温设计、防隔热设计、宽频带滤波设计难题，提供一种耐高温、宽频带滤波的天线窗。天线窗由外到内依次为承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层、隔热补偿层。
[0027]本专利技术承载透波层为耐高温透波材料，采用透波纤维增强树脂基复合材料，根据天线窗工作环境温度和电性能要求，选择合适的树脂和纤维种类。如可采用石英纤维增强二氧化硅(SiO
2f
/SiO2)复合材料或者石英纤维增强聚酰亚胺复合材料等。
[0028]进一步，承载透波层厚度h1满足其中c为电磁波在真空中的速度，承载透波层中心工作频点f
L
≈f0‑
BW2，ε
r1
为承载透波层相对介电常数，f0为天线窗中心工作频点，BW为天线窗透波工作带宽。
[0029]进一步，隔热匹配层厚度h2满足14λ
r2
＜h2＜12λ
r2
，其中λ
r2
为隔热匹配层的波长，ε
r2
为隔热匹配层相对介电常数。
[0030]本专利技术隔热匹配层不仅起到隔热作用，同时将滤波功能层中心工作频点与承载透波层中心工作频点有效耦合，进而实现宽频带滤波工作。本专利技术通过合理调节隔热匹配层厚度，使f
L
与f
H
两个谐振峰相互交叠，可将滤波功能层中心工作频点与承载透波层中心工作频点有效耦合，达到展宽频带的作用，进而实现宽频带滤波工作。
[0031]进一步，隔热匹配层的材料可选用低密度隔热瓦、石英纤维增强气凝胶等具有透波隔热性能的材料。
[0032]本专利技术滤波功能层包括基材和置于其上的导电结构。滤波功能层的中心工作频点f
H
≈f0+BW2，f0为天线窗中心工作频点，BW为天线窗透波工作带宽。导电结构的单元结构实现中心工作频点设计要求。
[0033]本专利技术承载透波层与滤波功能层通过隔热匹配层的匹配耦合实现宽频带滤波。
[0034]进一步，本专利技术导电结构由相连的六边形网状导电结构和多个不相连的六边形环状导电结构构成，在相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线窗，其特征在于：由外到内依次包括承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层、隔热补偿层；所述的滤波功能层的中心工作频点f
H
≈f0+BW2，所述的承载透波层中心工作频点f
L
≈f0‑
BW2，所述的隔热匹配层厚度h2满足14λ
r2
＜h2＜12λ
r2
，其中f0为天线窗中心工作频点，BW为天线窗透波工作带宽，λ
r2
为隔热匹配层的波长。2.根据权利要求1所述的一种天线窗，其特征在于：所述的隔热匹配层的波长其中c为电磁波在真空中的速度，ε
r2
为隔热匹配层相对介电常数。3.根据权利要求1所述的一种天线窗，其特征在于：所述的承载透波层厚度h1满足其中c为电磁波在真空中的速度，ε
r1
为承载透波层相对介电常数。4.根据权利要求1所述的一种天线窗，其特征在于：所述的滤波功能层包括基材和置于其上的导电结构，所述的导电结构由相连的六边形网状导电结构和多个不相连的六边形环状导电结构构成，在相连的六边形网状导电结构中的每个六边形结构中均设置一个六边形环状导电结构。5.根据权利要求4所述的一种天线窗，其特征在于：所述的六边形网状导电结构中的每个六边形结构的结构尺寸一致，多个六边形环状导电结构的结构尺寸一致。6.根据权利要求1所述的一种天线窗，其特征在于：所述的隔热匹配层和隔热补偿层共同实现天线窗防隔热工作，采用与隔热匹配层相同或不同的材料，隔热补偿层厚度以满足防隔热指标要求为设计前提。7.根据权利要求1所述的一种天线窗，其特征在于：所述的隔热补偿层内侧设置垫片层。8.根据权利要求7所述的一种天线窗，其特征在于：所述的垫片层厚度≤0.5mm。9.根据权利要求4所述的一种天线窗，其特征在于：所述的滤波功能层的基材厚度≤0.2mm。10.一种天线窗设计方法，其特征在于：由外到内依次包括承载透波层、隔热匹配层、滤波功能层、隔热补偿层；设计包括以下步骤，根据天线窗电性能要求和工作环境，获得天线窗中心工作频点、透波工作带宽和总隔热厚度；根据天线窗中心工作频点、透波工作带宽和总隔热厚度，设计承载透波层、滤波功能层和隔热匹配层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志新，郝璐，王瑞，徐阳，张松靖，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：