專利名稱：頻率選擇復(fù)合材料及由其制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率選擇表面及由其制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種設(shè)計新穎的頻率選擇復(fù)合材料及由其制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
天線罩是保護天線免受外界惡劣環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)件，特別是雷達系統(tǒng)的重要組成部分。傳統(tǒng)上，用于制造這類天線罩的材料應(yīng)具有優(yōu)良的透波性能、穩(wěn)定的高溫介電性能、低線膨脹系數(shù)和抗粒子云侵蝕等特性。但是，天線罩是天線發(fā)射的電磁波傳播方向上的障礙物，當電磁波經(jīng)過時，不僅會發(fā)生反射，而且被天線罩吸收，造成了電磁能量的損耗。另外，目前的天線罩大多為全帶通天線罩，用于飛行平臺的雷達系統(tǒng)吋，由于其工作于低 頻段，會在高頻段產(chǎn)生諧振，并伴隨柵瓣的出現(xiàn)，這時雷達散射截面(英文為Radar CrossSection，簡稱RCS)較大，當高頻電磁波和\或以某入射角入射時，雷達系統(tǒng)很容易被敵方高頻信號偵測到。因此，急需開發(fā)一種只允許雷達的工作頻段的電磁波透射而阻擋非工作頻段的電磁波的天線罩材料。而頻率選擇表面(英文為frequency selective surface,簡稱FSS)對電磁波具有良好的選擇性，可讓其通帶內(nèi)的電磁波呈現(xiàn)全通特性，而讓阻帶內(nèi)的電磁波則呈現(xiàn)全反射特性，具有非常好的濾波性能，可用來制作頻率選擇天線罩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在干，提供ー種具有良好透波性能的頻率選擇復(fù)合材料及由其制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種頻率選擇復(fù)合材料，其包括至少ー復(fù)合片層，所述復(fù)合片層包括兩結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多條相互平行的第一間斷金屬線，每ー第一間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第一間斷金屬線的線段的長度均相等、寬度均相等、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均相等；任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均相等，而任兩相鄰第一間斷金屬線對應(yīng)位置的線段的兩對應(yīng)端均平齊。優(yōu)選地，所述復(fù)合片層還包括多條相互平行的第二間斷金屬線，每ー第二間斷金屬線置于兩相鄰第一間斷金屬線之間，且相鄰的第一間斷金屬線與第二間斷金屬線之間的距離均相等。優(yōu)選地，每ー第二間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第二間斷金屬線的線段的長度均等于所述第一間斷金屬線的線段的長度、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均等于所述第一間斷金屬線的兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離，且所述第二間斷金屬線的任ー線段的中點與相鄰第一間斷金屬線的對應(yīng)的兩相鄰線段之間的中點平齊。優(yōu)選地，所述線段的長度均為7. 9 8. 2mm、寬度均為O. 07 O. 09mm、厚度為O. 017 O. 018mm。優(yōu)選地，任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均為O. 9 I. 1mm。優(yōu)選地，任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均為8. 8 9. 4mm η優(yōu)選地，所述線段的長度均為8mm、寬度均為O. 08mm、厚度為O. 0175mm ;任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均為1_ ;任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均為9mm。優(yōu)選地，所述兩介質(zhì)基板均由聚酰亞胺(PI)制成；所述線段由銅制成。
ー種頻率選擇天線罩，其包括至少ー復(fù)合片層，所述復(fù)合片層包括兩結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多條相互平行的第一間斷金屬線，每ー第一間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第一間斷金屬線的線段的長度均相等、寬度均相等、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均相等；任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均相等，而任兩相鄰第一間斷金屬線對應(yīng)位置的線段的兩對應(yīng)端均平齊。ー種天線系統(tǒng)，包括天線和設(shè)置于所述天線接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上的頻率選擇天線罩，所述頻率選擇天線罩包括至少ー復(fù)合片層，所述復(fù)合片層包括兩結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多條相互平行的第一間斷金屬線，每ー第一間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第一間斷金屬線的線段的長度均相等、寬度均相等、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均相等；任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均相等，而任兩相鄰第一間斷金屬線對應(yīng)位置的線段的兩對應(yīng)端均平齊。本發(fā)明頻率選擇復(fù)合材料及由其制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)具有以下有益效果由于其在兩介質(zhì)基板之間設(shè)置了間隔設(shè)置的多個金屬線段，從而使所述頻率選擇復(fù)合材料對低頻段的電磁波的反射變小、透波性能提高，而具有較好的透波性能，同時可抑制高頻段的電磁波而具有帶阻功能，從而具有低通高阻頻率選擇特性。


下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步說明。圖I是本發(fā)明頻率選擇復(fù)合材料的ー個復(fù)合片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中所述結(jié)構(gòu)層的第一實施例的平面示意圖；圖3是圖2的陣列排布示意圖；圖4是由第一實施例的結(jié)構(gòu)層制成的一個頻率選擇復(fù)合材料樣品的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨垂直入射電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖；圖5是由第一實施例的結(jié)構(gòu)層制成的一個頻率選擇復(fù)合材料樣品的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨傾斜30度角、傾斜60度角入射電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖；圖6是圖I中所述結(jié)構(gòu)層的第二實施例的平面示意圖；圖7是圖6的陣列排布示意圖；圖8是由第二實施例的結(jié)構(gòu)層制成的一個頻率選擇復(fù)合材料樣品的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨垂直入射電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖9是本發(fā)明頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)的示意圖。圖中各標號對應(yīng)的名稱為10復(fù)合片層、12介質(zhì)基板、14結(jié)構(gòu)層、16間斷金屬線、18、22、24線段、19結(jié)構(gòu)單元、21第一間斷金屬線、23第二間斷金屬線、30天線系統(tǒng)、32天線、34頻率選擇天線罩
具體實施例方式本發(fā)明中的“片層”、“層”、“板”等術(shù)語既指平面、曲面、錐面、球面、異形面等任意形狀的薄層材料，亦可包括柔軟的薄膜，因應(yīng)用需求而不同。為簡明起見，本實施方式中的“復(fù)合片層”、“層”、“板”均以平面示意。如圖I所示，本發(fā)明頻率選擇復(fù)合材料包括至少ー復(fù)合片層10，所述復(fù)合片層10包括兩結(jié)合在一起的介質(zhì)基板12和置于所述兩介質(zhì)基板12之間的結(jié)構(gòu)層14。所述兩介質(zhì)基板12由聚合物材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等制成，如環(huán)氧樹脂玻璃纖維布(即FR4)、聚四氟こ烯(英文名為Polytetrafluoroethene,簡稱F4B)、高密度·聚こ烯(英文名為High Density Polyethylene,簡稱HDPE)、丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物(英文名為Acrylonitrile Butadiene Styrene,簡稱ABS)或聚酰亞胺(英文名為Polyimide,簡稱PI)等。所述兩介質(zhì)基板12既可由同一種材料制成,也可由不同的材料制成；其厚度既可相等，也可不等。本實施方式中，所述兩介質(zhì)基板12由同一種材料制成，且厚度相等，均為O. 82 O. 88皿!!。請參考圖2，為所述結(jié)構(gòu)層14的第一實施例，其包括多條相互平行的間斷金屬線16，每ー間斷金屬線16包括多個間隔設(shè)置的線段18，所述線段18的長度均相等，任兩相鄰線段18的兩相鄰端之間的距離均等于D1，D1 = O. 9 I. 1mm。任ー間斷金屬線16與相鄰間斷金屬線16之間的距離均等于D2, D2 = 8. 8 9. 4mm,且任兩相鄰間斷金屬線16對應(yīng)位置的線段18的兩對應(yīng)端均平齊。每ー線段18均由如銅、銀等金屬導(dǎo)電材料制成，其截面可以為扁平狀或其他任意形狀，如圓柱狀。本實施例中，每ー線段18的長度均等于LI，LI=7. 9 8. 2臟、寬度均等于W，W = O. 07 O. 09mm、寬度均相等，為O. 017 O. 018mm。由上可知，所述線段18為呈陣列排布，如圖3所示。若將每個線段18及其所在的方形區(qū)域(如圖3)內(nèi)的介質(zhì)基板部分稱為ー個結(jié)構(gòu)單元19，如圖I中由虛線分隔形成的方形塊。這樣，所述復(fù)合片層10可看作是由多個所述結(jié)構(gòu)單元19陣列而成。一般，每個結(jié)構(gòu)単元19的幾何尺寸與根據(jù)需要而設(shè)定響應(yīng)的電磁波波長有關(guān)，本實施方式中，所述結(jié)構(gòu)單元19的長度與寬度相等，等于圖3中L2的長度。實際上，L2等于D2，為8. 8 9. 4mm。也即，兩相鄰線段18的中心之間的距離為8. 8 9. 4mm。實際制作時，我們可選取一由PI制成且ー表面覆有如銅箔等金屬箔的PCB板，如美國杜邦公司(Dupont)的卡普頓(Kapton)電路板,在金屬箔上通過蝕刻形成所述多條間斷金屬線16和線段18，在所述PCB板的兩表面各疊加四片芳綸纖維半固化片，如美國杜邦公司的凱夫拉(Kevlar)，學(xué)名為聚對苯ニ甲酰對苯ニ胺，在真空條件(7帕氣壓)下熱壓(加熱溫度為175攝氏度)并保持一小吋，即可將它們壓制成所述復(fù)合片層10。另外，所述多條間斷金屬線16和線段18也可采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式形成。為了驗證所述復(fù)合片層10的響應(yīng)特性，以下我們以ー 424X424mm的樣品為例來進行測試。在所述樣品中，所述兩介質(zhì)基板12均由美國杜邦公司的凱夫拉制成，厚度均為O. 85mm。所述電路板由PI制成，其厚度為O. 04mm ;所述金屬箔為銅箔，厚度為O. 0175mm。而任ー間斷金屬線16與相鄰間斷金屬線16之間的距離D2為9mm ;每ー線段18的長度LI為8mm、寬度W為O. 08mm ;任ー線段18與相鄰線段18之間的距離均等于Dl為1mm。經(jīng)測試獲得所述樣品的反射系數(shù)(用R表示)和透射系數(shù)(用T表示)隨垂直入射電磁波與傾斜30度角、傾斜60度角入射電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖分別如圖4和圖5所示。由圖可知，在低頻段時，所述樣品的透波性較好，大約在2 4GHz時反射小于-10dB，而在高頻段(如8 12GHz)時反射多，阻止電磁波透過而形成帶阻，具有低通高阻的頻率選擇特性。請參考圖6，為所述結(jié)構(gòu)層14的第二實施例，其包括多條相互平行的第一間斷金屬線21和第二間斷金屬線23，所述第一間斷金屬線21與所述第二間斷金屬線23交替排布，所述第一間斷金屬線21與所述第二間斷金屬線23之間的距離均等于D3，D3 = 4. 4 4. 7_。每ー第一間斷金屬線21包括多個間隔設(shè)置的線段22，所述線段22的長度均相等，任兩相鄰線段22的兩相鄰端之間的距離均等于D1，且任兩相鄰第一間斷金屬線21對應(yīng)位置的線段22的兩對應(yīng)端均平齊。每ー第二間斷金屬線23包括多個間隔設(shè)置的線段24，所述線段24的長度等于所述線段22的長度，任兩相鄰線段24的兩相鄰端之間的距離均等于 每ー第一間斷金屬線21的兩相鄰線段22的兩相鄰端之間的距離D1，且任兩相鄰第二間斷金屬線23對應(yīng)位置的線段24的兩對應(yīng)端均平齊，而所述第二間斷金屬線23的任ー線段24的中點與相鄰第一間斷金屬線21的對應(yīng)的兩相鄰線段22之間的中點平齊。同上，所述線段22、24由如銅、銀等金屬導(dǎo)電材料制成，其截面可以為扁平狀或其他任意形狀。本實施例中，所述線段22、24的長度均等于LI、寬度均等于W。如圖7所示，我們用多條正交的虛線分隔所述結(jié)構(gòu)層14，則位于由所述虛線分隔形成的方形區(qū)域內(nèi)的金屬線段部分呈陣列排布。若將所速方形區(qū)域(如圖3)內(nèi)的介質(zhì)基板和金屬線段部分稱為ー個結(jié)構(gòu)單元，同圖I中由虛線分隔形成的方形塊。這樣，所述復(fù)合片層10同樣可看作是由多個所述結(jié)構(gòu)單元陣列而成。一般，所述結(jié)構(gòu)単元的幾何尺寸與根據(jù)需要而設(shè)定響應(yīng)的電磁波波長有關(guān)，本實施方式中，所述結(jié)構(gòu)単元的長度與寬度相等，等于圖3中L3的長度。實際上，L3等于2XD3，為8. 8 9. 4mm。為了驗證由上述第二實施例的結(jié)構(gòu)層14構(gòu)成的復(fù)合片層10的響應(yīng)特性，以下我們以ー 424X424mm的樣品為例來進行測試。在所述樣品中，所述第一間斷金屬線21與所述第二間斷金屬線23之間的距離D3為4. 5mm,其上同第一實施例。經(jīng)測試獲得所述樣品的反射系數(shù)(用R表示)和透射系數(shù)(用T表示)隨垂直入射電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖如圖8所示。由圖可知，在低頻段時，所述樣品同樣具有較好的透波性，而在高頻段時反射多，阻止電磁波透過而形成帶阻，且具有寬頻特性。因此，本發(fā)明頻率選擇復(fù)合材料具有低通高阻的頻率選擇特性，高頻阻帶較寬。另外，根據(jù)實際需要，所述頻率選擇復(fù)合材料可包括多層所述復(fù)合片層10，且這些復(fù)合片層10既可沿垂直于復(fù)合片層表面的方向直接前、后表面相粘接而疊加在一起，也可將這些復(fù)合片層10等間距地排列組裝在一起。請參考圖9，為本發(fā)明頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)的示意圖。所述天線系統(tǒng)30包括天線32和用于保護所述天線32的頻率選擇天線罩34。所述天線32可以是貼片天線、縫隙天線、微帶天線等任意類型的天線，也可以是由上述天線組成的天線陣，其饋電方式可以是同軸線、縫隙耦合、微帶線等。所述頻率選擇天線罩34位于所述天線32接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上。所述頻率選擇天線罩34包括至少ー個所述復(fù)合片層10，其他同以上對所述復(fù)合片層10的相關(guān)描述。而根據(jù)實際需要，所述頻率選擇天線罩34可做成任意形狀，如與所述天線32共形的形狀，且可將多塊平面或曲面的復(fù)合片層10通過機械連接、焊接或粘合的方式拼接在一起而構(gòu)成大型頻率選擇天線罩，也可將多塊平面或曲面的復(fù)合片層10疊加在一起而形成更厚的機械強度更高的頻率選擇天線罩。由上可知，本發(fā)明頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)對于低頻段的電磁波，具有較高的透波率，且反射小，且可抑制較寬的高頻段的電磁波而具有寬頻帶阻功能，而具有低通高阻的頻率選擇特性。此外，為了保護所述頻率選擇天線罩34，可在其表面上涂覆防酸、防腐、耐磨損等的保護層。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實施方式
和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當構(gòu)成對本發(fā)明的限制。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做 出若干改進和潤飾，而這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種頻率選擇復(fù)合材料，包括至少ー復(fù)合片層，所述復(fù)合片層包括兩結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多條相互平行的第一間斷金屬線，每ー第一間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第一間斷金屬線的線段的長度均相等、寬度均相等、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均相等；任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均相等，而任兩相鄰第一間斷金屬線對應(yīng)位置的線段的兩對應(yīng)端均平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合片層還包括多條相互平行的第二間斷金屬線，每ー第二間斷金屬線置于兩相鄰第一間斷金屬線之間，且相鄰的第一間斷金屬線與第二間斷金屬線之間的距離均相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，每ー第二間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第二間斷金屬線的線段的長度均等于所述第一間斷金屬線的線段的長度、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均等于所述第一間斷金屬線的兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離，且所述第二間斷金屬線的任ー線段的中點與相鄰第一間斷金屬線的對應(yīng)的兩相鄰線段之間的中點平齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，所述線段的長度均為7.9 8. 2mm、寬度均為 0. 07 0. 09mm、厚度為 0. 017 0. 018mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均為0. 9 I. 1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均為8. 8 9. 4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，所述線段的長度均為8mm、寬度均為0. 08mm、厚度為0. 0175mm ;任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均為Imm ;任一第ー間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均為9mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率選擇復(fù)合材料，其特征在于，所述兩介質(zhì)基板均由聚酰亞胺(PD制成；所述線段由銅制成。
9.ー種頻率選擇天線罩,其特征在于,所述頻率選擇天線罩由權(quán)利要求1-8中任ー項所述的頻率選擇復(fù)合材料制成。
10.一種天線系統(tǒng)，包括天線，其特征在干，所述天線系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述天線接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上的頻率選擇天線罩，所述頻率選擇天線罩是權(quán)利要求9中所述的頻率選擇天線罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頻率選擇復(fù)合材料，其包括一復(fù)合片層，所述復(fù)合片層包括兩介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多條相互平行的第一間斷金屬線，每一第一間斷金屬線包括多個間隔設(shè)置的線段，所述第一間斷金屬線的線段的長度均相等、寬度均相等、任兩相鄰線段的兩相鄰端之間的距離均相等；任一第一間斷金屬線與相鄰第一間斷金屬線之間的距離均相等，而任兩相鄰第一間斷金屬線對應(yīng)位置的線段的兩對應(yīng)端均平齊，使其對低頻段的電磁波反射小、透波率高，而具有較好的透波性能，同時可抑制高頻段的電磁波而具有帶阻功能，從而具有低通高阻頻率選擇特性。本發(fā)明還涉及一種由此頻率選擇復(fù)合材料制成的頻率選擇天線罩和天線系統(tǒng)。
文檔編號H01Q1/42GK102856653SQ20121026857
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 劉列, 黃濤 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司