本發(fā)明涉及隱身天線罩技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料天線罩。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面是由周期性排列的貼片單元或縫隙單元構(gòu)成的一種二維周期結(jié)構(gòu)，對電磁波的傳播表現(xiàn)出頻率選擇的濾波特性，即選擇特性隨頻率的變化而變化，對某些頻帶內(nèi)的入射電磁波可以全部通過，而對另一些頻帶內(nèi)的電磁波可以全部反射。因此，頻率選擇表面也稱為空間電磁濾波器，其最重要的應(yīng)用就是用來設(shè)計混合雷達(dá)罩。

頻率選擇表面隱身天線罩屬于外形隱身范疇，必須借助于雷達(dá)罩的幾何外形，使得電磁波被反射到偏離來波的方向：一方面，使得反射電磁波無法被敵方探測雷達(dá)接收到；另一方面，阻止電磁波進入雷達(dá)罩使得通過天線二次激發(fā)產(chǎn)生較強的散射，從而實現(xiàn)雷達(dá)的帶外隱身。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的頻率選擇表面隱身技術(shù)，對于垂直罩體入射的電磁波或者當(dāng)面對雙基雷達(dá)探測系統(tǒng)時，隱身失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種超材料天線罩，解決了現(xiàn)有技術(shù)中頻率選擇表面隱身技術(shù)對垂直入射電磁波或雙基雷達(dá)系統(tǒng)難以隱身的問題。

本發(fā)明實施例提供的一種超材料天線罩，包括：極化旋轉(zhuǎn)超材料層、蜂窩結(jié)構(gòu)層及頻率選擇表面層，所述極化旋轉(zhuǎn)超材料層包括第一介質(zhì)基板及第一金屬結(jié)構(gòu)層，所述第一金屬結(jié)構(gòu)層附著在所述第一介質(zhì)基板一側(cè)表面，且所述第一金屬結(jié)構(gòu)層包括多個均勻設(shè)置的條形金屬塊，多個所述條形金屬塊與所述第一介質(zhì)基板的邊的夾角為45°；所述頻率選擇表面層包括兩個第二介質(zhì)基板、第二金屬結(jié)構(gòu)層、第三金屬結(jié)構(gòu)層及第四金屬結(jié)構(gòu)層，所述第三金屬結(jié)構(gòu)層設(shè)置于兩個所述第二介質(zhì)基板之間，且所述第三金屬結(jié)構(gòu)層為正交十字網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述第二金屬結(jié)構(gòu)層及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層分別設(shè)置在所述兩個所述第二介質(zhì)基板的外側(cè)表面，且所述第二金屬結(jié)構(gòu)層及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層由多個尺寸相同且周期排布的正方形貼片構(gòu)成，且所述正方形貼片的中心點與所述正交十字網(wǎng)格的中心點在豎直方向上一一對應(yīng)；所述第一介質(zhì)基板及所述第二金屬結(jié)構(gòu)層分別附著在所述窩結(jié)構(gòu)層的兩側(cè)表面。

較佳的，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，所述第一介質(zhì)基板為fr4，所述第二介質(zhì)基板為f4b，所述第一金屬結(jié)構(gòu)層、所述第二金屬結(jié)構(gòu)層(302)、所述第三金屬結(jié)構(gòu)層及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層為金屬銅。

較佳的，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，所述蜂窩結(jié)構(gòu)層為芳綸紙蜂窩。

較佳的，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，所述第一介質(zhì)基板的厚度為0.018mm，所述條形金屬塊的寬度為1.8mm，長度為14mm，每個所述條形金屬塊所在的旋轉(zhuǎn)極化超材料單元的邊長為12mm，所述第二介質(zhì)基板的厚度為2mm，每個所述正方形貼片及所述正交十字網(wǎng)格所在的頻率選擇表面單元的邊長為9mm。

較佳的，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，所述第一介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4.3(1-j0.025)，所述第二介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.65(1-j0.001)；所述第一金屬結(jié)構(gòu)層、所述第二金屬結(jié)構(gòu)層、所述第三金屬結(jié)構(gòu)層及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層的導(dǎo)電率為5.8×10⁷s/m。

綜上，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，通過設(shè)置包括金屬層及介質(zhì)基板的極化旋轉(zhuǎn)超材料層、蜂窩結(jié)構(gòu)層及包括兩層介質(zhì)基板及間隔設(shè)置的三層金屬結(jié)構(gòu)層的頻率選擇表面層，可以實現(xiàn)在頻率選擇表面雷達(dá)罩工作頻帶內(nèi)電磁波的高效透波，同時可以利用超材料層將工作頻帶外的反射電磁波的極化方向旋轉(zhuǎn)，即水平極化(垂直極化)變?yōu)榇怪睒O化(水平極化)，造成反射電磁波與敵方探測電磁波的極化方式失配，即使原路返回的電磁波也無法被接收到，從而達(dá)到對敵探測雷達(dá)系統(tǒng)隱身的目的，具有重要的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的極化旋轉(zhuǎn)超材料層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的頻率選擇表面層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的頻率選擇表面和極化旋轉(zhuǎn)超材料單元仿真曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。

應(yīng)理解，超材料表面是由亞波長結(jié)構(gòu)單元在二維平面上的周期性排列，是超材料研究發(fā)展的一個分支。通過對構(gòu)成單元結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)對反射或透射電磁波的傳播方向、極化方式、傳播模式、相位等特性的調(diào)控。在隱身新技術(shù)、微波光學(xué)器件、天線系統(tǒng)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。超表面一經(jīng)提出并迅速成為學(xué)術(shù)界研究的熱點和前研。與極化方式相關(guān)的超材料表面也稱為極化旋轉(zhuǎn)超表面。

為了便于理解和說明，下面通過圖1至圖5詳細(xì)闡述本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩。圖1所示為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該天線罩可以包括：

極化旋轉(zhuǎn)超材料層100、蜂窩結(jié)構(gòu)層200及頻率選擇表面層300，所述極化旋轉(zhuǎn)超材料層100包括第一介質(zhì)基板101及第一金屬結(jié)構(gòu)層102，所述第一金屬結(jié)構(gòu)層102附著在所述第一介質(zhì)基板101一側(cè)表面，且所述第一金屬結(jié)構(gòu)層102包括多個均勻設(shè)置的條形金屬塊102a，多個所述條形金屬塊102a與所述第一介質(zhì)基板101的邊的夾角為45°；所述頻率選擇表面層300包括兩個第二介質(zhì)基板301、第二金屬結(jié)構(gòu)層302、第三金屬結(jié)構(gòu)層303及第四金屬結(jié)構(gòu)層304，所述第三金屬結(jié)構(gòu)層303設(shè)置于兩個所述第二介質(zhì)基板301之間，且所述第三金屬結(jié)構(gòu)層303為正交十字網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述第二金屬結(jié)構(gòu)層302及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層303分別設(shè)置在所述兩個所述第二介質(zhì)基板301的外側(cè)表面，且所述第二金屬結(jié)構(gòu)層302及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層304由多個尺寸相同且周期排布的正方形貼片構(gòu)成，且所述正方形貼片的中心點與所述正交十字網(wǎng)格的中心點在豎直方向上一一對應(yīng)；所述第一介質(zhì)基板101及所述第二金屬結(jié)構(gòu)層302分別附著在所述蜂窩結(jié)構(gòu)層200的兩側(cè)表面。

具體的，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，首先可以設(shè)置一個介質(zhì)基板，即第一介質(zhì)基板101，然后在該介質(zhì)基板的一側(cè)表面上附著一層金屬顆粒層，即第一金屬層結(jié)構(gòu)102。實際中，該金屬顆粒層可以為多個均分布的條形金屬塊102a，并且，多個條形金屬塊102a的走向與第一介質(zhì)基板101的夾角為θ為45°。即上述第一介質(zhì)基板101及第二金屬結(jié)構(gòu)層102構(gòu)成極化旋轉(zhuǎn)超材料層100。進一步，需要設(shè)置兩個介質(zhì)基板，即兩個第二介質(zhì)基板301，然后在兩個第二介質(zhì)基板301之間設(shè)置第二金屬結(jié)構(gòu)層302。即在其中一個第二介質(zhì)基板301的一側(cè)表面上附著一層第二金結(jié)構(gòu)屬層302，使得該第二金屬結(jié)構(gòu)層302呈正交十字網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后將另一個第二介質(zhì)基板301粘貼在該第二金屬結(jié)構(gòu)層302上。另外，在兩個第二介質(zhì)基板301的另外一側(cè)表面上分別附著一層第三金屬結(jié)構(gòu)層303及第四金屬結(jié)構(gòu)層304，且使得第三金屬結(jié)構(gòu)層303及第四金屬結(jié)構(gòu)層304呈正方形貼片。進一步，使得第二金屬結(jié)構(gòu)層302的正交十字網(wǎng)格的中心與另外兩個金屬結(jié)構(gòu)層的正方形貼片的中心點在豎直方向上一一對應(yīng)，即正交十字網(wǎng)格的中心及正方形貼片的中心位于兩個介質(zhì)基板301的同一條垂線上。上述結(jié)構(gòu)即為頻率選擇表面層300。最后，在極化旋轉(zhuǎn)超材料層100及頻率選擇表面層300之間設(shè)置一層蜂窩結(jié)構(gòu)層200，即在第一介質(zhì)基板101與第二金屬結(jié)構(gòu)層302的之間設(shè)置一層蜂窩結(jié)構(gòu)層200。

優(yōu)選的，為了使得該超材料天線罩的隱身效果更好，可以將第一介質(zhì)基板101設(shè)置為玻璃纖維環(huán)氧樹脂(fr4)，將第二介質(zhì)基板301設(shè)置為聚四氟乙烯(f4b)，將第一金屬結(jié)構(gòu)層102、第二金屬結(jié)構(gòu)層302、第三金屬結(jié)構(gòu)層303及所述第四金屬結(jié)構(gòu)層304設(shè)置為金屬銅。

進一步，蜂窩結(jié)構(gòu)層200采用芳綸紙蜂窩，一方面減輕重量，另一方面可增強機械強度。

應(yīng)理解，上述結(jié)構(gòu)的材質(zhì)只是本發(fā)明實施例的一種，具體選擇根據(jù)實際情況確定，本發(fā)明對此不做限制。

還應(yīng)理解，上述材質(zhì)構(gòu)成的超材料天線罩，第一介質(zhì)基板101的介電常數(shù)為4.3(1-j0.025)，第二介質(zhì)基板301的介電常數(shù)為2.65(1-j0.001)；第一金屬結(jié)構(gòu)層102、第二金屬結(jié)構(gòu)層302、第三金屬結(jié)構(gòu)層303及第四金屬結(jié)構(gòu)層304的導(dǎo)電率為5.8×10⁷s/m。

如圖2所示為本發(fā)明實施例提供的極化旋轉(zhuǎn)超材料天線罩整體結(jié)構(gòu)示意圖由圖可知，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩是由極化旋轉(zhuǎn)超材料層100的多個周期性單元、頻率選擇表面層300的多個周期性單元及蜂窩結(jié)構(gòu)層200構(gòu)成?？蛇x的，由圖3所示的極化旋轉(zhuǎn)超材料層結(jié)構(gòu)示意圖可知，每個條形金屬塊102a所在的旋轉(zhuǎn)極化超材料單元的邊長d1為12mm，且所述第一介質(zhì)基板101的厚度為0.018mm，所述條形金屬塊102a的寬度w1為1.8mm，長度a為14mm。如圖4所示的頻率選擇表面層結(jié)構(gòu)示意圖可知，每個所述正方形貼片及所述正交十字網(wǎng)格所在的頻率選擇表面單元的邊長d2(即正交十字網(wǎng)格的長度a2)為9mm，且正交十字網(wǎng)格的突出部分寬度w2為3mm，所述第二介質(zhì)基板301的厚度為2mm。綜上，極化旋轉(zhuǎn)超材料單元周期d1為12mm，而頻率選擇表面單元周期d2為9mm。因此，由上述排布在蜂窩結(jié)構(gòu)層200兩側(cè)的周期性單元的陣列結(jié)構(gòu)，從而確定了設(shè)計后的超材料天線罩的單元周期邊長為36mm，且選取芳綸紙蜂窩的厚度6.5mm。

應(yīng)理解，上述結(jié)構(gòu)尺寸只是示例性說明，具體尺寸根據(jù)實際情況確定，本發(fā)明對此不做限制。

圖5所示為本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩的仿真曲線。由圖可知，該天線罩在4.0-4.9ghz寬頻帶范圍內(nèi)，插損小于1db，同時保證在高頻7～17.5ghz頻段內(nèi)反射電磁波的極化方式發(fā)生改變，從而實現(xiàn)了高頻隱身。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的超材料天線罩，通過設(shè)置包括金屬層及介質(zhì)基板的極化旋轉(zhuǎn)超材料層、蜂窩結(jié)構(gòu)層及包括兩層介質(zhì)基板及間隔設(shè)置的三層金屬結(jié)構(gòu)層的頻率選擇表面層，可以實現(xiàn)在頻率選擇表面雷達(dá)罩工作頻帶內(nèi)電磁波的高效透波，同時可以利用超材料層將工作頻帶外的反射電磁波的極化方向旋轉(zhuǎn)，即水平極化(垂直極化)變?yōu)榇怪睒O化(水平極化)，造成反射電磁波與敵方探測電磁波的極化方式失配，即使原路返回的電磁波也無法被接收到，從而達(dá)到對敵探測雷達(dá)系統(tǒng)隱身的目的，具有重要的應(yīng)用前景。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但是，本發(fā)明實施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍。