本发明专利技术涉及一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，该单元包括方形辐射贴片，介质基板、反射板、50Ω馈电同轴以及位于贴片上方的能量选择表面装置。其中，能量选择表面装置由介质板、介质板上层的金属方环和圆形贴片以及PIN二极管组成。二极管根据空间中电磁能量的强度实现截止和导通状态。当空间中电磁能量强度较弱，低于二极管的导通阈值时，能量选择表面等同于频率选择表面，天线在通带内能够正常工作；当空间中的电磁能量强度高于二极管的导通阈值时，上层结构的频率选择特性失效，能量选择表面起到屏蔽电磁波的作用，可对天线后端的电路起到防护作用。本发明专利技术天线具有能量选择特性，适用于雷达强电磁防护领域。适用于雷达强电磁防护领域。适用于雷达强电磁防护领域。
【技术实现步骤摘要】
一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元
[0001]本专利技术属于强电磁防护技术。
技术介绍
[0002]近些年来，随着高功率电磁武器、电磁脉冲武器的不断发展，电子系统、通信系统等受到了严重的威胁。强电磁辐射具有辐射功率大、峰值场强高、组合波形多变、杀伤范围广等特征，易于对电子元件、芯片等造成损伤，甚至使得整个系统发生瘫痪，因此关于高功率微波和强电磁脉冲的防护逐渐受到关注。
[0003]电磁脉冲一般是通过“前门”耦合和“后门”耦合的方式耦合到电子系统内。“前门”耦合是指电磁波通过天线以及传感器等射频前端的信号接收装置耦合，能量通过天线和传感器传到系统内部，再由传输线传输到系统内部的设备元件上。“后门”耦合是指电磁波通过电缆、接头、孔缝等耦合进入电子信息系统内。电子通信装备的发展对于电磁防护频带、屏蔽效能、启动防护的响应速度以及内部元件的电磁毁伤阈值等性能指标要求提出了很高的要求。目前采用的高功率电磁防护措施多是从电磁兼容技术发展而来，主要分为屏蔽、滤波以及限幅等措施。电磁屏蔽属于空域防护技术，主要采用空间隔离的方法，将敏感的电子电气设备与高功率电磁环境进行隔离，以保证其不受损害，理想的电磁屏蔽方式是金属屏蔽，但是其在有效屏蔽电磁脉冲的同时，也导致设备的所需信号无法正常收发。
[0004]天线作为外界空间与电子设备内部信号处理系统相连接的器件，在强电磁脉冲照射下，天线端口耦合进入电子系统的能量很强。针对强电磁威胁，射频前端的空间防护要求在能够抵御强电磁脉冲攻击的同时，天线又要有效发送和接收信号，因此天线要具有能量低通的特性，即当空间中电磁信号能量过强时天线能够自动屏蔽电磁信号，保护后端电路器件不受损害，当处于正常的电磁环境中，天线保持正常的工作状态。
技术实现思路
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，根据空间中能量强弱自适应实现电磁波的接收与屏蔽，可有效保护电子设备。
[0006]本专利技术采取的技术设计方案为：
[0007]一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，包括同轴馈电的贴片天线单元和上层的能量选择表面装置，天线和能量选择表面装置可在组成阵列后中间增加介质螺钉连结成一体结构；
[0008]进一步的，天线单元包括方形辐射贴片、介质基板、金属接地板和50Ω馈电同轴，单元的横向尺寸为λ2
×
λ2；
[0009]进一步的，能量选择表面装置由2
×
2个能量选择单元组成，每个单元包括介质基板，金属方环和圆形贴片以及PIN二极管，单个能量选择单元的横向尺寸为λ4
×
λ4，4个能量选择单元采用2
×
2的形式排列保证与贴片天线的横向尺寸一致，能量选择表面装置与下层的微带贴片天线纵向剖面间距为λ4；
[0010]进一步的，二极管跨接在方环内部四条边的中心与圆形贴片之间，并且在水平方向和垂直方向的正负朝向分别保持一致，二极管根据空间中的电磁能量强度自适应实现导通和截止。
[0011]进一步的，方形贴片天线的介质基板采用Arlon430板材，能量选择装置的介质基板采用Rogers5880板材，PIN二极管采用恩智浦公司的BAP51
‑
02型号。
[0012]本专利技术的有益效果为：当空间中电磁能量低于安全阈值时，电磁波能够通过能量选择表面装置，天线保持正常接收功能，当电磁能量高于安全阈值时，天线上方的能量选择表面装置被激励，电磁波无法通过能选表面进入内部电路，起到屏蔽电磁波的作用，可有效避免高功率脉冲对电子器件的损毁。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的平面阵列天线单元结构示意图；
[0014]图2是本专利技术的能量选择单元结构示意图；
[0015]图3是本专利技术的8
×
8阵列结构示意图；
[0016]图4是本专利技术的能量选择表面装置在透波和屏蔽两种状态下的传输系数曲线；
[0017]图5是本专利技术的天线在透波和屏蔽两种状态下的反射系数曲线；
[0018]图6是图3的8
×
8阵列在透波和屏蔽两种状态下的E面辐射方向图；
[0019]图7是图3的8
×
8阵列在透波和屏蔽两种状态下的H面辐射方向图。
[0020]1，方形辐射贴片；2，介质板；3，印制板下表面的金属接地板；4，50Ω馈电同轴；5，金属层；5
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1，金属方环；5
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2，金属圆形贴片；6，介质板；7，BAP51
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02型号二极管。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和优选实施案例，对本专利技术作进一步详细说明：
[0022]参照图1，为平面阵列天线单元三维示意图，包括贴片天线和能量选择装置。贴片天线的辐射贴片采用方形结构，介质基板采用Arlon AD 430，介电常数为4.3，损耗角正切为0.003，厚度为2mm，横向尺寸为λ2
×
λ2，介质板下表面为金属接地板，天线通过50Ω同轴馈电，同轴连接器内导体穿过介质基板与辐射方形贴片连接，外导体壳与金属接地板连接，内外导体之间填充介电常数为2.1的特氟龙材质。天线上方放置能量选择表面装置，其由4个能量选择单元采用2
×
2的形式组成，为获取最佳的匹配效果和辐射性能，能量选择表面装置与天线贴片的纵向剖面间距为λ4。能量选择表面的一个单元的具体结构参照图2，其包括介质基板，印制在介质上层的金属方环和圆形贴片以及4个二极管，介质基板采用Rogers5880材料，介电常数为2.2，损耗角正切0.0009，厚度为2mm，横向尺寸为λ4
×
λ4，金属方环外径与介质板尺寸保持相同为λ4，方环宽度为2.3mm，方环内径与圆形贴片半径相差1.2mm，二极管选用恩智浦公司的BAP51
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02型号，将二极管采用表贴的形式，跨接在金属方环内部四条边的中心与圆形贴片之间，在水平和垂直方向的二极管正负方向分别保持一致。
[0023]参照图3，采用矩形栅格的形式将图1中的单元组成8
×
8阵列，单元间距为λ2，阵列分两层结构，下面为贴片天线组成的天线阵，上面为能量选择表面。
[0024]以下结合仿真实验，对本专利技术的有益效果作进一步说明。
[0025]1、仿真条件和内容
[0026]能量选择表面与频率选择表面相似，可视为周期结构，采用无限大周期边界对二极管截止和导通状态下的能量选择单元进行仿真，进一步对天线单元和阵列进行仿真，仿真结果如图4～6所示。
[0027]2、仿真结果分析
[0028]参照图4，为实施例图2所示的能量选择单元在无限大周期边界条件下二极管截止和导通状态的传输系数。在截止状态时，二极管等效为一个电容值为0.2pF的电容，此时能量选择表面在中心频点3GHz处形成一个
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1dB带宽为600MHz的通带，电磁波可以低损耗通过能量选择表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，其特征在于：所述单元包括同轴馈电的贴片天线单元和上层的能量选择表面装置，天线和能量选择表面装置可在组成阵列后中间增加介质螺钉连结成一体结构。2.根据权利要求1所述的一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，其特征在于：所述的天线单元包括方形辐射贴片、介质基板、金属接地板和50Ω馈电同轴，单元的横向尺寸为λ/2
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λ/2。3.根据权利要求1所述的一种抗高功率电磁毁伤平面阵列天线单元，其特征在于：所述的能量选择表面装置由2
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2个能量选择单元组成，每个单元包括介质基板，金属方环和圆形贴片以及PIN二极管，单个能量选择单元的横向尺寸为λ/4
×
λ/4，4个能量选择单元采用2
【专利技术属性】
技术研发人员：任高飞，史苏阳，刘建东，王健，陈文俊，常德杰，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：
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