單通帶雙側吸波復合超材料及其天線罩和天線系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料和天線罩技術領域，具體涉及一種單通帶雙側吸波復合超材料及 其天線罩和天線系統。
【背景技術】
[0002] 超材料是一種人工合成材料，通過將小于波長的周期性單元結構整齊合理地排列 在介質基板的表面或嵌入介質基板內部來人為地改變介質基板的電磁特性，從而實現操控 電磁波的功能。周期性單元結構可以由附著在介質基板上的金屬箔、電阻電容薄膜和磁性 材料等實現。一般而言，超材料介質基板上的金屬箔周期性單元結構主要實現頻率選擇功 能，使超材料在特定頻帶上實現透波特性。電阻或磁性材料等周期性單元結構可獨立地或 者與金屬箔相結合地使超材料在特定頻帶上實現吸波特性。
[0003] 目前，已有諸多金屬箔周期性單元結構作為頻率選擇表面（FSS)應用于天線罩領 域。這些頻率選擇表面天線罩不僅從物理上保護了天線或者陣列天線，而且在電磁特性上 實現了電磁窗的作用，即僅讓天線工作頻帶內的電磁波通過天線罩。但這類由金屬箔周期 性單元結構構成的FSS天線罩的雷達散射截面（RCS)往往較高，因此不利于天線罩和天線 系統達到隱身的目的。
[0004] 將電阻或磁性材料等周期性單元結構與金屬箔周期性單元結構復合在一起可實 現吸波功能。金屬箔能反射電磁波。在實現吸波功能時，金屬箔充當金屬接地板的作用，將 特定頻段上的電磁波反射回去以供電阻或磁性材料吸收。
[0005] 目前，很多文獻資料顯示已通過金屬箔、集總電阻或磁性材料周期性單元結構實 現了幾種透波/吸波復合超材料。這些復合超材料一般具有一個透波通帶和一個吸波頻 帶。吸波頻帶位于低于通帶或者高于通帶的頻帶上。如在較低頻帶實現透波特性和在較高 頻帶實現吸波特性的低透高吸的復合超材料，或者在較低頻帶實現吸波特性和在較高頻帶 實現透波特性的低吸高透的復合超材料。這些復合超材料的通帶帶寬普遍較窄。大多數這 種復合超材料均在一個頻點附近有較好的透波特性。
[0006] 但在實際需求中，應用于天線罩的復合超材料不僅要求具有透波特性的通帶有一 定帶寬，而且在通帶外雙側的高低頻帶上均需要有吸波特性。這樣的切實需要可以使天線 或者陣列天線在其工作頻帶外的高低頻帶上均獲得低雷達散射截面（RCS)，從而很好地實 現隱身。目前，國內外還沒有文獻顯示已有發明創新填補了這項技術空白。
【發明內容】
[0007] 針對現有復合超材料技術的僅在頻率選擇表面（FSS)的透波通帶外單側形成吸 波特性的缺陷，提供一種復合超材料。在IGHz到30GHz頻帶內，該種復合超材料在X頻帶內 有一個高透波率通帶，通帶帶寬為20 %，帶內透波率大于90 % ;在透波通帶外的低頻帶-S 頻帶上和透波通帶外的高頻帶-Ku頻帶和K頻帶上該復合超材料均具有顯著的吸波特性。
[0008] 具體技術方案如下：一種單通帶雙側吸波復合超材料，包括一塊非導電材料制成 的介質基板100和埋置在所述介質基板內的四層周期性超材料結構層；所述四層周期性超 材料結構層按照從上至下的順序，分別為電阻薄膜層102、第一金屬貼片層103,第二金屬 貼片層104和第三金屬貼片層105 ;所述單通帶雙側吸波復合超材料被虛擬地劃分為多個 周期性排布的正方形單元結構101 ;每個正方形單元結構包括介質基板，及夾在介質基板 中間的各層微單元結構，依次為正方形環狀電阻薄膜、"回"字型金屬貼片一、"田"字型金屬 貼片、"回"字型金屬貼片二；所述"回"字型金屬貼片一與"回"字型金屬貼片二的結構相 同。
[0009] 進一步地，所述正方形單元結構101分層依次對應1個正方形環狀電阻薄膜、4個 "回"字型金屬貼片一、4個"田"字型金屬貼片、4個"回"字型金屬貼片二。
[0010] 進一步地，所述正方形環狀電阻薄膜的外邊長為16mm，內邊長為12mm。
[0011] 進一步地，所述"回"字型金屬貼片一為外側用金屬細線圍成的正方形邊框和內側 的正方形金屬貼片組成；正方形金屬貼片的中心點與正方形邊框的中心點重合。
[0012] 進一步地，所述"田"字型金屬貼片為用金屬細線圍成的正方形邊框和一個中心為 圓孔與十字縫隙組合形狀的正方形金屬貼片構成。
[0013] 進一步地，所述金屬細線的長為8. 5mm，寬為0? 5mm;正方形金屬貼片的邊長為 5. 5mm〇
[0014] 進一步地，所述"田"字型金屬貼片上的圓孔半徑為0. 8mm;十字縫隙的長為4mm， 寬為0. 5mm，正方形金屬貼片的邊長為5. 5mm。
[0015] 進一步地，所述電阻薄膜層102距離介質基板的上表面的厚度為4. 5mm，所述第一 金屬貼片層103與電阻薄膜層102之間介質基板的厚度為9mm ;所述第一金屬貼片層103與 所述第二金屬貼片層104之間介質基板的厚度為1mm ;所述第二金屬貼片層104與所述第 三金屬貼片層105之間介質基板的厚度為1mm ;第三金屬貼片層105距離介質基板下表面 的厚度為4. 5mm。
[0016] 本發明還提供了一種天線罩，用于罩設在天線系統的輻射方向上，包括以上所述 的單通帶雙側吸波復合超材料。
[0017] 本發明還提供了一種天線系統，包括天線以及上述的天線罩，所述天線罩罩設于 天線上。
[0018] 采用本發明具有以下有益效果：本發明中單通帶雙側吸波復合超材料實現頻率選 擇的金屬貼片層能使陣列天線在X頻帶保持良好的輻射特性，能自由通信；同時，在X頻帶 通帶兩側的S頻帶，Ku頻帶和K頻帶內，復合超材料天線罩中具有吸波特性的電阻薄膜層 聯合金屬貼片層一起發揮作用，很好地吸收了入射到天線罩后又被金屬貼片層反射回來的 電磁波，從而顯著地降低了該陣列天線在這些頻帶內的雷達散射截面（RCS)，很好地實現隱 身目的。在X頻帶內，該復合超材料天線罩也能吸收被金屬貼片層反射回來的部分電磁波， 使陣列天線在X頻帶內的RCS也有一定的縮減。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料的剖面結構示意圖；
[0020] 圖2是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料中靠近介質基板上表面的電阻薄膜 層的單元結構示意圖；
[0021] 圖3是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料中的第一金屬貼片層的單元結構示 意圖；
[0022] 圖4是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料中的第二金屬貼片層的單元結構示 意圖；
[0023]圖5是在三維直角坐標系XYZ下，本發明中單通帶雙側吸波復合超材料電阻薄膜 層的單元結構與第一金屬貼片層、第三金屬貼片層的單元結構的疊置在一起時的結構示意 圖；第一金屬貼片層和第三金屬貼片層的結構相同，為方便看清這三層結構，各層之間的介 質基板被隱藏了；
[0024]圖6是在三維直角坐標系下，本發明中單通帶雙側吸波復合超材料中電阻薄膜層 的單元結構與第二金屬貼片層的單元結構的疊置在一起時的結構示意圖；為方便看清這兩 層結構，各層之間的介質基板被隱藏了；
[0025] 圖7是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料的電阻薄膜層的結構示意圖；
[0026]圖8是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料的第一金屬貼片層的結構示意圖；第 三金屬貼片層和第一金屬貼片層的結構一致；
[0027] 圖9是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料的第二金屬貼片層的結構示意圖；
[0028]圖10是本發明中單通帶雙側吸波復合超材料天線罩與線極化波導縫隙陣列天線 系統不意圖；
[0029] 圖11是本發明中當線極化平面電磁波沿-Z方向照射單通帶雙側吸波復