一種受風面小低插損的雷達吸波材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種受風面小低插損的雷達吸波材料，包括從上到下依次設置的上層基板、空氣匹配層及下層基板，上層基板的上表面排布一個“風車”形有耗諧振結構，下層基板的上表面排布一個“風車”形無耗頻率選擇表面結構；“風車”形諧振結構或頻率選擇表面結構包括四個由兩根金屬棒一端首尾串聯形成L型結構，中心對稱排布于四個方向，有耗諧振結構需在L型金屬棒上加載電阻，同時并聯電感和電容。本發明對上、下層基板在相鄰平行金屬棒耦合處及中心位置進行挖空處理，減小了結構的受風面，降低了透射窗口的插損。另外，還通過兩層結構之間的耦合產生一個低插損透射窗口和緊鄰的兩個吸收窄帶，實現了受風面小且低插損的雷達吸波材料設計目的。
【專利說明】
一種受風面小低插損的雷達吸波材料
技術領域
[0001]本發明涉及一種雷達吸波材料，具體涉及一種受風面小低插損的雷達吸波材料，屬于雷達吸波材料技術領域。
【背景技術】
[0002]雷達吸波材料，可用作安裝于天線前方的雷達天線罩，天線罩通帶與天線的工作頻率范圍一致以發射或接收電磁波信號。傳統的頻率選擇表面通帶兩邊存在強反射，這嚴重威脅通信安全。減小頻率選擇表面通帶旁的強反射，可以減小平臺的雷達散射截面，實現平臺的低可探測性，提高通信安全。
[0003]現有的雷達吸波材料通常將通帶設計在遠離吸收帶的低頻端，以降低耗層在通帶內引起的插入耗。同時只降低了通帶以外的高頻端的強反射，而通帶以外的低頻端強反射任然存在。為了增加通帶位置相對于吸收帶的設計靈活性，同時降低通帶的低頻及高頻端的強反射，需要設計一種新穎的雷達吸波體。
[0004]隨著對雷達性能要求的不斷提高，許多大型高性能雷達天線罩的直徑可達20m以上，一遇到暴風天氣天線罩可能被摔壞甚至肢解，造成很大的財產損失，其原因可歸結為雷達天線罩受風面大力學性能不足。因此，在實現雷達吸波作用的前提下，還要減少雷達天線罩的受風面，提高了雷達天線罩的抗風性能。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是:提供一種受風面小低插損的雷達吸波材料，增加了通帶位置相對于吸收帶的設計靈活性，同時降低了通帶的低頻及高頻端的強反射，此外，還減少了雷達天線罩的受風面，提高了雷達天線罩的抗風性能。
[0006]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0007]—種受風面小低插損的雷達吸波材料，包括若干個雷達吸波材料單元，各雷達吸波材料單元沿X、Y軸周期延拓，所述雷達吸波材料單元旋轉90°后與旋轉前的結構相同，雷達吸波材料單元包括從上到下依次設置的上層基板、空氣匹配層、下層基板，上層基板、空氣匹配層、下層基板的中心位于同一軸線上；
[0008]上層基板的上表面排布一個風車形的有耗諧振結構，該有耗諧振結構呈中心對稱，包括四個結構相同的類L型結構，每個類L型結構包括L型金屬棒，四個L型金屬棒分別對應上層基板的四條邊設置，每個L型金屬棒中均有一個振子與其對應的邊平行，該振子上加載有一個電阻，另有一個電感和一個電容串聯后與該電阻并聯，且該振子靠近上層基板的邊緣;下層基板的上表面排布一個風車形的無耗頻率選擇表面結構，該無耗頻率選擇表面結構呈中心對稱，由四個相同的L型金屬棒組成，四個L型金屬棒分別對應下層基板的四條邊設置，每個L型金屬棒中均有一個振子與其對應的邊平行，且靠近下層基板的邊緣；
[0009]在與上層基板每條邊平行的兩個振子之間以及上層基板的中心位置進行矩形鏤空和正方形鏤空，各矩形鏤空的大小相同，且呈中心對稱;在下層基板上做與上層基板同樣的鏤空處理。
[0010]作為本發明的一種優選方案，所述有耗諧振結構中，L型金屬棒與上層基板四條邊平行的振子長10mm，寬0.5mm，與之垂直的振子長7.2mm，寬0.5mm;無耗頻率選擇表面結構中，L型金屬棒中與下層基板的四條邊平行的振子長10mm，寬0.5mm，與之垂直的振子長1mm，寬0.5mm;電阻值為680 Ω，電感值為1.2nH，電容值為6.2pF。
[0011]作為本發明的一種優選方案，所述矩形鏤空的長為13mm，寬為4mm，正方形鏤空的邊長為5mm。
[0012]作為本發明的一種優選方案，所述上層基板的厚度為0.4mm，下層基板的厚度為
1.2mm，空氣匹配層的厚度為6.5mm-8mm，上層基板、下層基板的材質均為介電常數4.3損耗角正切0.025的FR-4材料。
[0013]作為本發明的一種優選方案，所述雷達吸波材料單元的邊長為26mm。
[0014]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0015]1、本發明雷達吸波材料中，無耗頻率選擇表面結構由風車形金屬棒組成，有耗諧振結構由風車形金屬棒和電阻電感電容電路組成，風車形金屬棒中的金屬棒為L型結構，一個L型結構上只需要加載一個RLC(電阻電感電容)電路，大大減小了結構的復雜性。
[0016]2、本發明雷達吸波材料中，通過兩層結構之間耦合產生一個低插損透射窗口和兩個吸收窄帶，通過調整兩層結構的金屬長度，集總元件阻抗值可對透射窗口中心頻率、吸收窄帶頻率進行調整，具有頻率可調諧、相對帶寬較大的優點。
[0017]3、本發明雷達吸波材料中，無耗頻率選擇表面結構和有耗諧振結構依附的介質基板在兩條金屬棒耦合處挖空，這樣不僅降低了透射窗的插損，還減小了結構的受風面，提高了雷達天線罩的抗風性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明受風面小低插損的雷達吸波材料的結構示意圖。
[0019]圖2是本發明中一個雷達吸波材料單元的立體結構示意圖。
[0020]圖3是本發明中一個雷達吸波材料單元的俯視、仰視和側視圖，其中(a)為雷達吸波材料單元的俯視圖，(b)為雷達吸波材料單元的仰視圖，(C)為雷達吸波材料單元的側視圖。
[0021]圖4是本發明受風面小低插損的雷達吸波材料的反射率、透射率、吸收率曲線圖。
[0022]其中，1-上層基板，2-下層基板，3-空氣匹配層，4-有耗諧振結構，5-無耗頻率選擇表面結構，6-電阻，7-電感，8-電容，9-矩形鏤空，I O-正方形鏤空。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0024]如圖1、圖2和圖3所示，為本發明受風面小低插損的雷達吸波材料的一個實施例。其中每個雷達吸波材料單元(如圖2所示)的邊長為26mm，每個雷達吸波材料單元包括從上到下依次設置的上層基板1(如圖3的(a)所示)、空氣匹配層3和下層基板2(如圖3的(b)所示)，雷達吸波材料單元的側視圖如圖3的(c)所示。上層基板I的厚度為0.4mm，下層基板2的厚度為1.2mm，空氣匹配層3的厚度為6.5mm至8mm。上層基板I的上表面排布一個“風車”形有耗諧振結構4，下層基板2的上表面排布一個“風車”形無耗頻率選擇表面結構5; “風車”形諧振結構4或頻率選擇表面結構5包括四個由兩根金屬棒首尾串聯形成的L型結構，中心對稱排布于四個方向。有耗諧振結構4中，L型結構里靠近雷達吸波材料單元邊緣的振子長為1mm寬為0.5mm，與其相連的另一根振子長為7.2mm寬為0.5mm。無耗頻率選擇表面結構5中，L型結構里靠近雷達吸波材料單元邊緣的振子長為1mm寬為0.5_，與其相連的另一根振子長為1mm寬為0.5mm。有耗諧振結構4需在L型結構上串聯電阻6，同時并聯電感7電容8，加載的電容值為6.2pF、電感值為1.2nH、電阻值為680 Ω ;上、下層基板在相鄰平行金屬棒耦合處及中心位置進行矩形鏤空9和正方形鏤空10處理，矩形鏤空9長為13mm寬為4mm，中心正方形鏤空10邊長為5mm。
[0025]如圖4所示，為本發明受風面小低插損的雷達吸波材料的反射率、透射率、吸收率曲線圖。從圖中可以看出，這種雷達吸波材料的設計能達到5.1GHz至5.5GHz和1.2GHz至10.7GHz吸波率大于90 %,7.6GHz得到的透射窗口插損為_1.036dB。
[0026]本發明中超材料結構層并不僅限定于L型結構，也可以設計成弧形、波浪形、折線形等線型，鏤空的形狀可以是柵格、多邊形、圓形等幾何結構。空氣介質層可以用泡沫或蜂窩夾層結構等。基板材料的選擇也非必須采用FR-4，只要相對介電常數和厚度滿足諧振要求即可。
[0027]本發明受風面小低插損的雷達吸波材料，包括兩層超材料結構層，超材料結構層分別排布“風車”形無耗頻率選擇表面結構和“風車”形有耗諧振結構。由于“風車”形結構的特殊性，“風車”形結構包括四個由兩根金屬棒串聯組成的L型結構，一個L型結構上連接一個電阻電感電容電路，大大減小了結構的復雜性。
[0028]本發明通過對無耗頻率選擇表面結構和有耗諧振結構的介質基板相鄰平行金屬棒耦合處及中心位置進行矩形鏤空，即增強了結構的受風面，又降低了透射窗口的插損。
[0029]本發明通過兩層結構之間耦合產生一個低插損透射窗口和兩個吸收窄帶，通過調整兩層結構的金屬長度，集總元件阻抗值可對透射窗口中心頻率、吸收窄帶頻率進行調整，具有頻率可調諧、相對帶寬較大的優點。
[0030]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
【主權項】
1.一種受風面小低插損的雷達吸波材料，其特征在于，包括若干個雷達吸波材料單元，各雷達吸波材料單元沿Χ、γ軸周期延拓，所述雷達吸波材料單元旋轉90°后與旋轉前的結構相同，雷達吸波材料單元包括從上到下依次設置的上層基板、空氣匹配層、下層基板，上層基板、空氣匹配層、下層基板的中心位于同一軸線上； 上層基板的上表面排布一個風車形的有耗諧振結構，該有耗諧振結構呈中心對稱，包括四個結構相同的類L型結構，每個類L型結構包括L型金屬棒，四個L型金屬棒分別對應上層基板的四條邊設置，每個L型金屬棒中均有一個振子與其對應的邊平行，該振子上加載有一個電阻，另有一個電感和一個電容串聯后與該電阻并聯，且該振子靠近上層基板的邊緣；下層基板的上表面排布一個風車形的無耗頻率選擇表面結構，該無耗頻率選擇表面結構呈中心對稱，由四個相同的L型金屬棒組成，四個L型金屬棒分別對應下層基板的四條邊設置，每個L型金屬棒中均有一個振子與其對應的邊平行，且靠近下層基板的邊緣； 在與上層基板每條邊平行的兩個振子之間以及上層基板的中心位置進行矩形鏤空和正方形鏤空，各矩形鏤空的大小相同，且呈中心對稱;在下層基板上做與上層基板同樣的鏤空處理。2.根據權利要求1所述受風面小低插損的雷達吸波材料，其特征在于，所述有耗諧振結構中，L型金屬棒與上層基板四條邊平行的振子長10mm，寬0.5mm，與之垂直的振子長7.2mm，寬0.5mm ；無耗頻率選擇表面結構中，L型金屬棒中與下層基板的四條邊平行的振子長I Omm，寬0.5mm，與之垂直的振子長10mm，寬0.5mm;電阻值為680 Ω，電感值為1.2nH，電容值為6.2pF03.根據權利要求1所述受風面小低插損的雷達吸波材料，其特征在于，所述矩形鏤空的長為13mm，寬為4mm，正方形鏤空的邊長為5mm。4.根據權利要求1所述受風面小低插損的雷達吸波材料，其特征在于，所述上層基板的厚度為0.4mm，下層基板的厚度為1.2mm，空氣匹配層的厚度為6.Smm-Smm，上層基板、下層基板的材質均為介電常數4.3損耗角正切0.025的FR-4材料。5.根據權利要求1所述受風面小低插損的雷達吸波材料，其特征在于，所述雷達吸波材料單元的邊長為26mm。
【文檔編號】H01Q17/00GK106058486SQ201610596650
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610596650.6, CN 106058486 A, CN 106058486A, CN 201610596650, CN-A-106058486, CN106058486 A, CN106058486A, CN201610596650, CN201610596650.6
【發明人】孔祥鯤, 胡玥虹, 劉少斌, 文永刁, 冒晨陽, 劉季煊, 俞劭杰
【申請人】南京航空航天大學