[发明专利]一种2.5维闭合环型频率选择表面结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种2.5维闭合环型频率选择表面结构及其设计方法，包含：第一金属贴片层、中间介质层、第二金属贴片层及多个金属化过孔，该金属化过孔贯穿于上述的第一金属贴片层、中间介质层及第二金属贴片层；第一金属贴片层与第二金属贴片层单元结构及大小相同；第一金属贴片层的一部分圆角条状贴片在单元中心相间围绕成一个六边形环，另一部分圆角条状贴片在六边形环周围一定距离处相间构成了六个半六边形环，两个第一金属贴片层单元的半六边形环两两拼接后构成一个与中心的六边形环完全相同的完整六边形环。本发明中的频选结构具有超宽阻带特性的同时，减小了频率选择表面的等效单元尺寸，与绝大部分厚度的蒙皮、外壳等结构结合，发挥其电性能。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体指代一种小型化紧密排布的2.5维闭合环型超宽阻带频率选择表面结构及其设计方法。

背景技术

现代战争进入到了信息化时代，雷达探测到的目标信息决定了目标的命运。飞行器上的雷达天线系统是重要的散射源，在某些频率和视角范围内具有很高的雷达散射截面(RCS)，减小天线系统的RCS是飞行器实现隐身的重要课题。传统飞行器介质天线罩在全频段“透明”，无隐身效果，因此透波/隐身多功能一体化天线罩的设计显得极为重要，例如如何减小飞行器头部的雷达天线的后向散射成为影响飞行器隐身性能的关键因素之一。普通的介质天线罩不能减小RCS，吸波材料的应用虽然能够减小后向散射，但同时会影响到飞行器的正常通信。而在介质天线罩中应用频率选择表面结构，即频率选择表面技术(Frequency Selective Surface，FSS)则可以克服以上缺陷，由于FSS具有空间滤波特性，能够有效地控制电磁波的反射和透射性能。

频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)是由大量周期性排列、具有特定形状的金属贴片单元或金属平面间缝隙所组成的二维结构，当入射电磁波频率在单元的谐振频率上时，FSS呈现出全反射(贴片型)或全透射(孔径型)，其他频率的电磁波可透过FSS(贴片型)或被全反射(孔径型)，因此FSS可有效的控制电磁波的传输特性。而正是由于FSS具有空间滤波特性，能够有效地控制电磁波的反射和透射性能，所以借助在外壳、保护罩上加载FSS的方法，可以有效地保证低频电子设备在正常工作的同时，不受其他信号的影响。

目前绝大多数的频率选择表面研究都针对窄带和宽带频率选择表面，而对超宽带频率选择表面的研究却比较少，这是由于频率选择表面的超宽带特性需要极小的单元间距，同时又需要保证在大角度入射下谐振频点的稳定性，具有相当的难度。由于频率选择表面本质上是一种空间的滤波器，其工作带宽是一个很重要的指标，超宽的带宽在飞行器隐身设计、电磁屏蔽等实际应用场合有着迫切的工程需求。尤其在雷达的常见频段(如S波段、C波段、X波段)内，能覆盖多个频段的超宽带频率选择表面设计能以最精简的结构提供隐身性能。

期刊文献：Shi Y,Tang W,Zhuang W,et al.Miniaturised frequency selectivesurface based on 2.5-dimensional closed loop[J].Electronics Letters,2014,50(23):1656-1658；期刊论文提出了一种2.5维正交环型的带阻频率选择表面，其中的仿真表明，该频率选择表面的谐振频点为2.85GHz，呈一个窄带带阻频响特性。单元大小为0.048λ₀*0.048λ₀，阻带中心的最大抑制达到-25dB，且在各种不同极化和不同角度的入射波情况下，此频率选择表面呈现了非常稳定的谐振频点。但该技术方案客观存在一个问题，即频率选择表面的带宽过窄，-10dB的阻带仅有500MHz。作为一种滤波材料，频率选择表面工作带宽是一个重要指标，窄带显然不能满足所有的应用场合。