[发明专利]一种电磁散射与辐射协同调控的薄层蒙皮

说明书

本发明属于电磁散射控制与天线技术领域，具体涉及一种电磁散射与辐射集成控制的低频散射控制/天线功能与承力结构一体化蒙皮。该蒙皮以电磁散射与辐射协同单元作为基本结构单元，通过基本结构单元的规则阵列或不规则阵列组合以及适当的天线单元特定排布，形成散射控制与天线功能一体化结构。通过调节金属嵌套单元阵列层上的可变电容的工作容值，实现对蒙皮结构散射控制和天线的工作频点、散射控制模式、辐射方向图等性能的调控。本发明创造性地利用有源可调的薄层高阻抗结构实现了电磁散射与辐射一体化结构共形、共面设计及散射控制和天线功能共用、互不干扰，可用于飞行器机体蒙皮散射和辐射特性的协同控制，可有效解决飞行器远程突防及作战问题。

技术领域

本发明属于电磁散射控制与天线技术领域，具体涉及一种电磁散射与辐射集成控制的功能结构一体化蒙皮。

背景技术

在体系对抗环境下，飞行器的信息化能力提升需要自身具备良好的信息侦察、电子对抗、宽带通信等综合射频功能，天线作为射频电子系统电磁辐射信号的收发终端，在飞行器机体结构上应用会显著增多，其中对战场2.0GHz以下频段信号的感知、干扰和通信等需求非常迫切。同时，在飞行器也迫切需要提高电磁散射控制能力。综合来看，飞行器的天线辐射和电磁散射控制功能需求强烈，采用散射与辐射一体化调控技术是解决集成设计的关键手段。

目前，国内外对电磁散射与辐射一体化的研究主要集中在高频天线的散射控制方面，传统上采用人工磁导体(AMC)、超表面(MS)等电磁结构单元及阵列，加载在微带天线的周围实现一定带宽的RCS减缩，这些功能结构都工作在相对高的频段，如C和X。如果想让这些结构工作在低频段，可以进行结构尺寸的比例放大，但会存在体积、厚度大等问题，同时天线与散射控制结构单元功能分立，致使天线单元本身没有得到有效散射控制，以上问题使得目前已有的散射控制与天线一体化设计方法或技术不能满足机体/弹载蒙皮上工程应用要求。因此，需要寻求一种能够在有限厚度蒙皮内实现电磁散射控制和天线功能共用的结构单元及阵列，进行结构单元共形、共面耦合设计，实现机体散射和辐射特性的协同控制，解决飞行器远程突防及作战能力问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决飞行器(频率2.0GHz以下)电磁散射控制与天线功能结构一体化问题的散射与辐射一体化蒙皮。

薄层蒙皮的基础是电磁散射与辐射协同单元，通过控制单元结构上的有源器件(以二极管元件为主)的电性能参数，实现结构在频段内任意频点的电磁散射特性和辐射特性的独立可控调节；对基础的电磁散射与辐射协同单元进行规则阵列或不规则阵列组合，以及适当进行天线单元特定排布，可以构造散射控制与天线功能结构一体化的蒙皮。

本发明的技术方案：

电磁散射与辐射协同单元，主要包括外围金属片单元、中心金属片单元、树脂基复合材料层和金属导电层等。外围金属片单元、树脂基复合材料层和金属导电层共同组成对入射低频雷达波进行散射调控的高阻抗散射控制功能结构，实现对电磁波的吸收和散射相位调节，这主要通过外围金属片单元上的固定电容和可变电容进行工作频谱的固化和工作频点的调控。中心金属片单元以高阻抗散射控制结构作为天线功能结构的同相反射层，并与外围金属片单元共面，嵌套在外围金属片单元内部，通过中心金属片单元上的固定电容和可变电容进行天线工作频谱固化和频点调控。

散射控制与天线功能结构一体化蒙皮，由金属嵌套单元阵列层、树脂基复合材料承力层、金属导电屏蔽层及馈电线路层组成，其基本结构单元为电磁散射与辐射协同单元，是整个蒙皮散射与辐射功能特性调节实施的核心结构，通过其单元及其单元阵列结构上的多种可变电容器件的容值组合调节实现协同工作；树脂基复合材料承力层主要用来承受蒙皮上的分布式载荷，可根据实际飞行器结构特点选择玻璃钢或石英纤维树脂基复合材料作为基体材料；金属导电屏蔽层为金属铜膜或铝膜，实现入射电磁波的屏蔽和反射；馈电线路层主要用来对外围金属片单元和中心金属片单元上的可变电容进行供电，调节电容值，可以实现对蒙皮结构散射控制和天线功能的工作频点、散射控制模式、辐射方向图等性能的调控。