本發(fā)明屬于電磁防護領域，具體涉及一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體。

背景技術：

在現(xiàn)代社會中，雷達大量應用于飛機、導彈、航海等領域，雷達罩的運用也日趨廣泛。雷達天線罩用以保護天線，防止其受到雨雪等外界物理環(huán)境的干擾。此外，雷達隱身技術是當前隱身技術的研究重點之一，由雷達天線、天線罩及雷達艙內(nèi)高頻部件組成的雷達天線系統(tǒng)是飛行器頭部區(qū)域的一個強散射源，其隱身效果直接影響飛行器的隱身效果。雷達罩作為雷達系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達系統(tǒng)的功能。雷達天線罩通常具有一定的頻率選擇功能，可以減少周圍發(fā)射天線的干擾。

通常情況下，天線罩由帶通濾波器構(gòu)成，但是，帶通濾波器的頻率響應在通帶外具有很強的反射特性，不利于通信的保密或目標物的隱身。為了改善帶通濾波器這一缺點，人們將吸收體的概念引入，從而組合形成了有頻率選擇特性的吸收體。這一類對某些頻段吸收而對其他頻率透明的周期結(jié)構(gòu)，稱之為有窗口的吸收體，英文稱為rasorber，有時也稱為有頻率選擇特性的吸收體（frequency-selectiverasorber，fsr）。這種頻率選擇吸收體實現(xiàn)了通信和隱身的雙重功能，因此具有廣闊的應用前景。

近幾年來，有學者提出一些雷達天線罩吸收體，但是在低剖面和成本控制上都有待提高的空間。沈忠祥教授的團隊在《frequency-selectiverasorberbasedonsquare-loopandcross-dipolearrays》（ieee）提出了一種基于方環(huán)陣列和十字偶極子陣列的雷達天線罩吸收體，這種結(jié)構(gòu)使用了較多的集總元件，并且尺寸較大，加工成本高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體，在保證雷達天線罩吸收體的寬帶特性的同時，解決了吸收體尺寸較大、成本較高等問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體，包括損耗層、無耗層和介質(zhì)層，介質(zhì)層包括第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板，第一介質(zhì)基板位于第二介質(zhì)基板正上方，兩者之間為空氣，損耗層印制在第一介質(zhì)基板頂面，無耗層印制在第二介質(zhì)基板底面。

所述損耗層包括若干個損耗層周期單元，所述損耗層周期單元包括四組沿其中心點以90°角旋轉(zhuǎn)放置的l型結(jié)構(gòu)和八個薄膜電阻，所述l型結(jié)構(gòu)包括兩個平行間隔嵌套設置的l型金屬條帶，以任意一組l型結(jié)構(gòu)為基礎，第二組l型結(jié)構(gòu)的起始端位于第一組內(nèi)側(cè)的l型金屬條帶上，依次類推，四組l型結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的l型金屬條帶圍成損耗層周期單元的中心正方形，其中四個薄膜電阻分別位于四組l型結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)l型金屬條帶上，且位于下一組l型結(jié)構(gòu)的起始端中心；另外四個薄膜電阻分別位于四組l型結(jié)構(gòu)的外側(cè)l型金屬條帶上，且位于本損耗層周期單元的邊界臨近轉(zhuǎn)角處。

所述無耗層包括若干個無耗層周期單元，每個無耗層周期單元包括一個方形貼片和方環(huán)貼片，方形貼片位于方環(huán)貼片中心，兩者之間存在間隙。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：（1）本發(fā)明的雷達天線罩吸收體的厚度僅為0.077λl，單元周期尺寸為0.15λl（λl為雷達天線罩吸收體最低工作頻率fl所對應的波長），相比傳統(tǒng)的雷達天線罩吸收體厚度和單元尺寸都減小了很多；（2）本發(fā)明的雷達天線罩吸收體的工作頻段為1.79~5.13ghz，工作帶寬96.5%，3db傳輸頻段為3.30~3.92ghz，帶寬17.2%，當斜入射角達到30°時依然能有良好的性能，具有較寬的吸收頻段和傳輸頻段，以及穩(wěn)定的斜入射特性；（3）本發(fā)明雖然由多層結(jié)構(gòu)組成，但是損耗層是簡單的金屬貼片電路，配上薄膜電阻形成，無耗層則完全是簡單的金屬貼片電路，印制在第二介質(zhì)基板上，沒有復雜的工藝和圖形，結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，并且成本較低，重量較輕，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體的損耗層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2（a）本發(fā)明損耗層周期單元的結(jié)構(gòu)平面圖。

圖2（b）為本發(fā)明基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體的單元結(jié)構(gòu)的三維示意圖。

圖3（a）為本發(fā)明基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體的無耗層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3（b）為本發(fā)明的無耗層周期單元的平面圖。

圖4為本發(fā)明損耗層和無耗層的阻抗特性曲線圖。

圖5為本發(fā)明基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體的反射和傳輸特性曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1、圖2（a）、圖2（b）、圖3（a）和圖3（b），本發(fā)明提出了一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體，用于雷達天線罩的頻率選擇表面，以及用于電磁兼容和雷達吸波材料的電磁吸收電路，尤其是既有傳輸功能又能吸收傳輸帶外電磁波的寬帶、低剖面的雷達天線罩吸收體。

所述基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體包括損耗層、無耗層和介質(zhì)層，介質(zhì)層包括第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20，第一介質(zhì)基板18位于第二介質(zhì)基板20正上方，兩者之間為空氣19，損耗層印制在第一介質(zhì)基板18頂面，無耗層印制在第二介質(zhì)基板20底面。

所述損耗層包括若干個損耗層周期單元1，所述損耗層周期單元1包括四組沿其中心點以90°角旋轉(zhuǎn)放置的l型結(jié)構(gòu)和八個薄膜電阻（構(gòu)成l型縫隙的螺旋表面），其中每個l型結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)l型金屬條帶和外側(cè)l型金屬條帶平行嵌套構(gòu)成，以任意一組l型結(jié)構(gòu)為基礎，第二組l型結(jié)構(gòu)的起始端位于第一組內(nèi)側(cè)的l型金屬條帶上。所述的l型金屬條帶分別為第一l型金屬條帶2、第二l型金屬條帶3、第三l型金屬條帶4、第四l型金屬條帶5、第五l型金屬條帶6、第六l型金屬條帶7、第七l型金屬條帶8和第八l型金屬條帶9；所述的薄膜電阻分別為第一薄膜電阻10、第二薄膜電阻11、第三薄膜電阻12、第四薄膜電阻13、第五薄膜電阻14、第六薄膜電阻15、第七薄膜電阻16、第八薄膜電阻17。第一l型金屬條帶2與第二l型金屬條帶3構(gòu)成一個基礎的l型結(jié)構(gòu)，其中第一l型金屬條帶2即為該l型結(jié)構(gòu)的外側(cè)金屬條帶，第二l型金屬條帶3即為該l型結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)金屬條帶，由于損耗層周期單元1是由l型結(jié)構(gòu)沿90°角旋轉(zhuǎn)放置組成的，所以依次類推，第三l型金屬條帶4和第四l型金屬條帶5構(gòu)成一個基礎的l型結(jié)構(gòu)，第五l型金屬條帶6和第六l型金屬條帶7構(gòu)成一個基礎的l型結(jié)構(gòu)，第七l型金屬條帶8和第八l型金屬條帶9構(gòu)成一個基礎的l型結(jié)構(gòu)。并且，第二l型金屬條帶3、第四l型金屬條帶5、第六l型金屬條帶7和第八l型金屬條帶9圍成了損耗層周期單元1的中心正方形。第一薄膜電阻10加載在第一l型金屬條帶2上，且位于本損耗層周期單元1的邊界臨近轉(zhuǎn)角處；同樣的，第三薄膜電阻12加載在第三l型金屬條帶4上，且位于本損耗層周期單元1的邊界臨近轉(zhuǎn)角處；第五薄膜電阻14加載在第五l型金屬條上，且位于本損耗層周期單元1的邊界臨近轉(zhuǎn)角處；第七薄膜電阻16加載在第七l型金屬條帶8上，且位于本損耗層周期單元1的邊界臨近轉(zhuǎn)角處。第二薄膜電阻11加載在第二l型金屬條帶3上，且位于下一組l型結(jié)構(gòu)的起始端中心；同樣的，第四薄膜電阻13加載在第四l型金屬條帶5上，且位于下一組l型結(jié)構(gòu)的起始端中心；第六薄膜電阻15加載在第六l型金屬條帶7上，且位于下一組l型結(jié)構(gòu)的起始端中心；第八薄膜電阻17加載在第八l型金屬條帶9上，且位于下一組l型結(jié)構(gòu)的起始端中心。

所述l型金屬條帶的寬度相同，均為0.003λl；位于內(nèi)側(cè)的l型金屬條帶長度為0.074λl+0.092，其中短邊為圍成中心正方形的一邊；位于外側(cè)的l型金屬條帶長度為0.092λl+0.108λl，其中短邊為與內(nèi)側(cè)l型金屬條帶短邊平行的一邊；損耗層周期單元1尺寸為0.149λl；無耗層周期單元22尺寸為0.149λl，其中λl代表吸收體的最低工作頻率fl對應的工作波長。

所述無耗層包括若干個無耗層周期單元21，每個無耗層周期單元21包括一個方形貼片22和方環(huán)貼片23，方形貼片22位于方環(huán)貼片23中心，兩者之間存在間隙。所述方形貼片22的邊長為18.1mm，電尺寸為0.108λl，方環(huán)貼片23的外側(cè)邊長為25mm，電尺寸為0.149λl，內(nèi)側(cè)邊長為19.5mm，電尺寸為0.116λl，其中λl代表吸收體的最低工作頻率fl對應的工作波長。

所述介質(zhì)層包括第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20，第一介質(zhì)基板18位于第二介質(zhì)基板20正上方，兩者之間為空氣19，損耗層印制在第一介質(zhì)基板18頂面，無耗層印制在第二介質(zhì)基板20底面。所述第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20的介電常數(shù)εr均為2.2~10.2，厚度均為0.006λl。所述空氣19等效的介電常數(shù)為1，厚度為0.07λl，其中λl代表吸收體的最低工作頻率fl對應的工作波長。

極化方向沿著y方向，l型金屬條帶的長度控制著諧振頻率。第一個諧振頻率f1由第一薄膜電阻10、第二薄膜電阻11、第八薄膜電阻17為一組，第四薄膜電阻13、第五薄膜電阻14、第六薄膜電阻15為一組，兩組共同實現(xiàn)第一個諧振頻率f1。相鄰兩個周期單元中相鄰貼片的距離為2mm。第二個諧振頻率f2由第二l型金屬條帶3的長邊和第三l型金屬條帶4的短邊以及兩者的連接部分為一組，第六金屬條帶7的長邊和第八金屬條帶9的短邊以及兩者的連接部分為一組共同實現(xiàn)，由于薄膜電阻不參與該諧振，因此f2諧振應該只有很少的損耗。與第一個諧振頻率f1類似，第三個諧振頻率f3是由以第二薄膜電阻11、第三薄膜電阻12和第六薄膜電阻15、第七薄膜電阻16共同實現(xiàn)的，它與第一個諧振頻率f1可看作是正交關系，但諧振長度比第一個諧振頻率短。

本發(fā)明所述的基于螺旋結(jié)構(gòu)的雷達天線罩吸收體的制備方法，步驟如下：

步驟1、確定微波吸收體的第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20的參數(shù)，主要是選擇介電常數(shù)ε1和厚度d1?；谖阵w的表面平整度和總重量的考慮，第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20均為聚四氟乙烯介質(zhì)基板，其介電常數(shù)εr均為2.65，厚度均為1mm。

步驟2、在第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20之間填充空氣19作為介質(zhì)，其等效介電常數(shù)為1，厚度為11mm。

步驟3、第一介質(zhì)基板18和第二介質(zhì)基板20通過塑料螺絲連接并固定。

步驟4、在第一介質(zhì)基板18頂面印刷損耗層的損耗層周期單元1，在第二介質(zhì)基板20的底面印刷無耗層的無耗層周期單元21。兩層頻率選擇表面的阻抗特性見圖4，可知，在頻率為2ghz左右，無耗層阻抗近似為0，有耗層阻抗較大，與自由空間進行匹配，實現(xiàn)吸收；在頻率3.5ghz附近，無耗層和損耗層的阻抗都趨于無窮大，可令入射電磁波小損耗地通過；在頻率5.2ghz附近，無耗層阻抗接近0，有耗層與自由空間匹配，實現(xiàn)吸收功能。

步驟5、第一薄膜電阻10、第三薄膜電阻12、第五薄膜電阻14、第七薄膜電阻16的阻值為150ω。第二薄膜電阻12、第四薄膜電阻13、第六薄膜電阻15和第八薄膜電阻17的阻值為1kω。

該實例包含1*8個周期單元結(jié)構(gòu)，整體的橫截面尺寸為200mm*25mm，總厚度為13mm。經(jīng)數(shù)值計算和實際測試，測試結(jié)果見圖5，當電磁波垂直入射到樣品上時，吸收體的工作頻段為1.79~5.13ghz，帶寬達到了96.5%，3db傳輸頻段為3.30~3.92ghz，帶寬17.2%。另外，在傳輸頻段內(nèi)，3.62ghz處的插損最小，為-0.85db。此時，雷達天線罩吸收體的厚度僅為0.077λl，單元周期尺寸為0.15λl，其中λl為低頻所對應的波長。在保證雷達天線罩吸收體的寬帶特性的同時，實現(xiàn)了低剖面的設計。

由上可知，本發(fā)明是為適應雷達天線罩吸收體實現(xiàn)通信和傳輸?shù)碾p重功能的要求而設計，并且考慮到寬帶、低剖面的要求，通過損耗層的多諧振表面實現(xiàn)較寬的帶寬和較低的剖面。