[发明专利]具有传输零点的柔性多层频率选择表面

说明书

本发明是一种具有传输零点的柔性多层频率选择表面，主要解决现有频率选择表面重量大、外形适应性差和带外选择性差的问题，其包括顶层金属贴片谐振层(1)、开缝耦合金属贴片中间层(2)和底层金属贴片谐振层(3)，顶层金属贴片谐振层和底层金属贴片谐振层均由多个Jerusalem十字(11)和分形(14)构成，开缝耦合金属贴片中间层由多个正方形金属表面(21)构成，其四条边设有矩形缝隙(22)，顶层金属贴片谐振层与开缝耦合金属贴片中间层之间设有两种介质(4,5)，开缝耦合金属贴片中间层与底层金属贴片谐振层之间设有三种介质(6,7,8),本发明表面外形适应性强，带外选择性好，结构轻便，可用于天线罩和电磁屏蔽。

技术领域

本发明属于天线隐身技术领域，主要涉及频率选择表面，可用于天线罩和电磁屏蔽。

背景技术

频率选择表面FSS是由金属贴片或金属屏上的孔径单元排列形成的二维周期性结构，可以看作具有带阻或带通特性的广义空间滤波器。频率选择表面对电磁波具有频率选择和极化选择特性，能够有效地控制电磁波的传输和反射。在过去的几年中，频率选择表面FSS已广泛研究用于各种应用，从天线罩、微波电磁屏蔽到电路模拟吸波器、反射器、高阻抗表面和电磁带隙谐振器。由于频率选择表面FSS的带通滤波特性，使得频率选择表面FSS的研究已经覆盖了电磁波的微波、红外以及可见光等波段，无论在军事上还是民用上都得到了很多关注，应用非常广泛。在微波波段，频率选择表面FSS在军事上最重要的一个应用是带通频率选择表面隐身天线罩。在天线工作频率范围之内具有良好的透射性能，保证天线的正常工作；在天线的工作频段之外，天线罩将反射信号，电磁波信号被散射到空间各个方向，从而有效的降低了飞行器前向散射截面RCS，大幅度提升了雷达隐身性能。

与微波滤波器不同的是，频率选择表面FSS结构的频率响应不仅是频率的函数，也是电磁波入射角和极化的函数，这就意味着频率选择表面FSS结构在实际应用中会受到很多外界因素的影响。以带通频率选择表面FSS为例，它一般由单层的并联谐振组成，结构简单，便于设计和分析。但是，这种单层频率选择表面FSS仅限于窄带空间滤波，单频点通带可能导致在实际应用中通带的工作频率不稳定同时带外选择性差的问题。因此，研究人员通过将多个单层频率选择表面FSS进行层叠级联，层与层之间用介质层隔开的方法来拓展通带带宽。传统的频率选择表面制造技术是用刚性介质基板制造印刷电路板PCB工艺，这将导致结构非常重且刚性结构难以随不同外形的应用设备产生形变。例如，2017年M.Hussein等在IEEE Antennas&Wireless Propagation Letters期刊(vol.16,no.99,pp.2791-2794,Aug.2017)上发表了“A Low-Profile Miniaturized Second-Order Bandpass FrequencySelective Surface”，论文中采用三层金属相结合以及弯折环绕的方法实现了二阶带通频率选择表面的设计，该结构克服频率选择表面尺寸大和厚度大的问题且在通带的右侧具有两个传输零点，提高了带外选择特性，但是该频率选择表面很难应用到很多现代应用中，例如雷达天线罩、微波天线和电磁屏蔽这一类对灵活，轻量化以及共形的要求高的设备。2016年M.Nauman等人在IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility期刊(vol.58,no.2,pp.419-428,Feb.2016)上发表了“A Miniaturized Flexible FrequencySelective Surface for X-Band Applications”，论文中采用绕折金属条带增大电容电感的方法实现了X波段的小型化柔性频率选择表面的设计，其频率选择表面FSS通过印在Rogers/Duroid 5880柔性层压板的单面上实现共形结构，同时其尺寸的小型化为不同的极化和入射角度提供很好的稳定性，但是这种频率选择表面FSS是使用压层板以一定的弯曲曲率进行制造，一旦成形就不能再恢复或者重新弯曲成其他曲率，即不可恢复型柔性。2016年M.Haghzadeh等在Journal of Applied Physics期刊(vol.120,no.18,pp.1-18,Aug.2016)上发表了“All-printed,flexible,reconfigurable frequency selectivesurfaces”，论文中采用了一种新型全面印刷技术和新型数字化电容器实现了柔性带通频率选择表面FSS和静态调谐通带的设计。频率选择表面FSS由油墨印刷的方法直接印刷在柔性聚酰亚胺薄膜两侧，但是，这种频率选择表面FSS是单层柔性结构，窄带带宽使得通带在应用中不稳定且带外选择性不理想。