超材料天線罩的制作方法

本發明涉及隱身天線罩技術領域，尤其涉及一種超材料天線罩。

背景技術：

頻率選擇表面是由周期性排列的貼片單元或縫隙單元構成的一種二維周期結構，對電磁波的傳播表現出頻率選擇的濾波特性，即選擇特性隨頻率的變化而變化，對某些頻帶內的入射電磁波可以全部通過，而對另一些頻帶內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，其最重要的應用就是用來設計混合雷達罩。

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接收到；另一方面，阻止電磁波進入雷達罩使得通過天線二次激發產生較強的散射，從而實現雷達的帶外隱身。

然而，現有技術中的頻率選擇表面隱身技術，對于垂直罩體入射的電磁波或者當面對雙基雷達探測系統時，隱身失效。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種超材料天線罩，解決了現有技術中頻率選擇表面隱身技術對垂直入射電磁波或雙基雷達系統難以隱身的問題。

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

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

較佳的，本發明實施例提供的超材料天線罩，所述蜂窩結構層為芳綸紙蜂窩。

較佳的，本發明實施例提供的超材料天線罩，所述第一介質基板的厚度為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極化超材料單元的邊長為12mm，所述第二介質基板的厚度為2mm，每個所述正方形貼片及所述正交十字網格所在的頻率選擇表面單元的邊長為9mm。

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

綜上，本發明實施例提供的超材料天線罩，通過設置包括金屬層及介質基板的極化旋轉超材料層、蜂窩結構層及包括兩層介質基板及間隔設置的三層金屬結構層的頻率選擇表面層，可以實現在頻率選擇表面雷達罩工作頻帶內電磁波的高效透波，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，即水平極化(垂直極化)變為垂直極化(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，從而達到對敵探測雷達系統隱身的目的，具有重要的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的超材料天線罩的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的超材料天線罩的整體結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的超材料天線罩的極化旋轉超材料層的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的超材料天線罩的頻率選擇表面層結構示意圖；

圖5為本發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超材料單元仿真曲線。

具體實施方式

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

應理解，超材料表面是由亞波長結構單元在二維平面上的周期性排列，是超材料研究發展的一個分支。通過對構成單元結構的調節，可實現對反射或透射電磁波的傳播方向、極化方式、傳播模式、相位等特性的調控。在隱身新技術、微波光學器件、天線系統等領域有著重要的應用前景。超表面一經提出并迅速成為學術界研究的熱點和前研。與極化方式相關的超材料表面也稱為極化旋轉超表面。

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

極化旋轉超材料層100、蜂窩結構層200及頻率選擇表面層300，所述極化旋轉超材料層100包括第一介質基板101及第一金屬結構層102，所述第一金屬結構層102附著在所述第一介質基板101一側表面，且所述第一金屬結構層102包括多個均勻設置的條形金屬塊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包括兩個第二介質基板301、第二金屬結構層302、第三金屬結構層303及第四金屬結構層304，所述第三金屬結構層303設置于兩個所述第二介質基板301之間，且所述第三金屬結構層303為正交十字網格結構，所述第二金屬結構層302及所述第四金屬結構層303分別設置在所述兩個所述第二介質基板301的外側表面，且所述第二金屬結構層302及所述第四金屬結構層304由多個尺寸相同且周期排布的正方形貼片構成，且所述正方形貼片的中心點與所述正交十字網格的中心點在豎直方向上一一對應；所述第一介質基板101及所述第二金屬結構層302分別附著在所述蜂窩結構層200的兩側表面。

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

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

進一步，蜂窩結構層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。

應理解，上述結構的材質只是本發明實施例的一種，具體選擇根據實際情況確定，本發明對此不做限制。

還應理解，上述材質構成的超材料天線罩，第一介質基板101的介電常數為4.3(1-j0.025)，第二介質基板301的介電常數為2.65(1-j0.001)；第一金屬結構層102、第二金屬結構層302、第三金屬結構層303及第四金屬結構層304的導電率為5.8×10⁷s/m。

如圖2所示為本發明實施例提供的極化旋轉超材料天線罩整體結構示意圖由圖可知，本發明實施例提供的超材料天線罩是由極化旋轉超材料層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構層200構成。可選的，由圖3所示的極化旋轉超材料層結構示意圖可知，每個條形金屬塊102a所在的旋轉極化超材料單元的邊長d1為12mm，且所述第一介質基板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構示意圖可知，每個所述正方形貼片及所述正交十字網格所在的頻率選擇表面單元的邊長d2(即正交十字網格的長度a2)為9mm，且正交十字網格的突出部分寬度w2為3mm，所述第二介質基板301的厚度為2mm。綜上，極化旋轉超材料單元周期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構層200兩側的周期性單元的陣列結構，從而確定了設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。

應理解，上述結構尺寸只是示例性說明，具體尺寸根據實際情況確定，本發明對此不做限制。

圖5所示為本發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，插損小于1db，同時保證在高頻7～17.5ghz頻段內反射電磁波的極化方式發生改變，從而實現了高頻隱身。

綜上所述，本發明實施例提供的超材料天線罩，通過設置包括金屬層及介質基板的極化旋轉超材料層、蜂窩結構層及包括兩層介質基板及間隔設置的三層金屬結構層的頻率選擇表面層，可以實現在頻率選擇表面雷達罩工作頻帶內電磁波的高效透波，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，即水平極化(垂直極化)變為垂直極化(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，從而達到對敵探測雷達系統隱身的目的，具有重要的應用前景。

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