超材料天线罩的制作方法

本发明涉及隐身天线罩技术领域，尤其涉及一种超材料天线罩。

背景技术：

频率选择表面是由周期性排列的贴片单元或缝隙单元构成的一种二维周期结构，对电磁波的传播表现出频率选择的滤波特性，即选择特性随频率的变化而变化，对某些频带内的入射电磁波可以全部通过，而对另一些频带内的电磁波可以全部反射。因此，频率选择表面也称为空间电磁滤波器，其最重要的应用就是用来设计混合雷达罩。

频率选择表面隐身天线罩属于外形隐身范畴，必须借助于雷达罩的几何外形，使得电磁波被反射到偏离来波的方向：一方面，使得反射电磁波无法被敌方探测雷达接收到；另一方面，阻止电磁波进入雷达罩使得通过天线二次激发产生较强的散射，从而实现雷达的带外隐身。

然而，现有技术中的频率选择表面隐身技术，对于垂直罩体入射的电磁波或者当面对双基雷达探测系统时，隐身失效。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种超材料天线罩，解决了现有技术中频率选择表面隐身技术对垂直入射电磁波或双基雷达系统难以隐身的问题。

本发明实施例提供的一种超材料天线罩，包括：极化旋转超材料层、蜂窝结构层及频率选择表面层，所述极化旋转超材料层包括第一介质基板及第一金属结构层，所述第一金属结构层附着在所述第一介质基板一侧表面，且所述第一金属结构层包括多个均匀设置的条形金属块，多个所述条形金属块与所述第一介质基板的边的夹角为45°；所述频率选择表面层包括两个第二介质基板、第二金属结构层、第三金属结构层及第四金属结构层，所述第三金属结构层设置于两个所述第二介质基板之间，且所述第三金属结构层为正交十字网格结构，所述第二金属结构层及所述第四金属结构层分别设置在所述两个所述第二介质基板的外侧表面，且所述第二金属结构层及所述第四金属结构层由多个尺寸相同且周期排布的正方形贴片构成，且所述正方形贴片的中心点与所述正交十字网格的中心点在竖直方向上一一对应；所述第一介质基板及所述第二金属结构层分别附着在所述窝结构层的两侧表面。

较佳的，本发明实施例提供的超材料天线罩，所述第一介质基板为fr4，所述第二介质基板为f4b，所述第一金属结构层、所述第二金属结构层(302)、所述第三金属结构层及所述第四金属结构层为金属铜。

较佳的，本发明实施例提供的超材料天线罩，所述蜂窝结构层为芳纶纸蜂窝。

较佳的，本发明实施例提供的超材料天线罩，所述第一介质基板的厚度为0.018mm，所述条形金属块的宽度为1.8mm，长度为14mm，每个所述条形金属块所在的旋转极化超材料单元的边长为12mm，所述第二介质基板的厚度为2mm，每个所述正方形贴片及所述正交十字网格所在的频率选择表面单元的边长为9mm。

较佳的，本发明实施例提供的超材料天线罩，所述第一介质基板的介电常数为4.3(1-j0.025)，所述第二介质基板的介电常数为2.65(1-j0.001)；所述第一金属结构层、所述第二金属结构层、所述第三金属结构层及所述第四金属结构层的导电率为5.8×10⁷s/m。

综上，本发明实施例提供的超材料天线罩，通过设置包括金属层及介质基板的极化旋转超材料层、蜂窝结构层及包括两层介质基板及间隔设置的三层金属结构层的频率选择表面层，可以实现在频率选择表面雷达罩工作频带内电磁波的高效透波，同时可以利用超材料层将工作频带外的反射电磁波的极化方向旋转，即水平极化(垂直极化)变为垂直极化(水平极化)，造成反射电磁波与敌方探测电磁波的极化方式失配，即使原路返回的电磁波也无法被接收到，从而达到对敌探测雷达系统隐身的目的，具有重要的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超材料天线罩的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超材料天线罩的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的超材料天线罩的极化旋转超材料层的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的超材料天线罩的频率选择表面层结构示意图；

图5为本发明实施例提供的超材料天线罩的频率选择表面和极化旋转超材料单元仿真曲线。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

应理解，超材料表面是由亚波长结构单元在二维平面上的周期性排列，是超材料研究发展的一个分支。通过对构成单元结构的调节，可实现对反射或透射电磁波的传播方向、极化方式、传播模式、相位等特性的调控。在隐身新技术、微波光学器件、天线系统等领域有着重要的应用前景。超表面一经提出并迅速成为学术界研究的热点和前研。与极化方式相关的超材料表面也称为极化旋转超表面。

为了便于理解和说明，下面通过图1至图5详细阐述本发明实施例提供的超材料天线罩。图1所示为本发明实施例提供的超材料天线罩的结构示意图，如图1所示，该天线罩可以包括：

极化旋转超材料层100、蜂窝结构层200及频率选择表面层300，所述极化旋转超材料层100包括第一介质基板101及第一金属结构层102，所述第一金属结构层102附着在所述第一介质基板101一侧表面，且所述第一金属结构层102包括多个均匀设置的条形金属块102a，多个所述条形金属块102a与所述第一介质基板101的边的夹角为45°；所述频率选择表面层300包括两个第二介质基板301、第二金属结构层302、第三金属结构层303及第四金属结构层304，所述第三金属结构层303设置于两个所述第二介质基板301之间，且所述第三金属结构层303为正交十字网格结构，所述第二金属结构层302及所述第四金属结构层303分别设置在所述两个所述第二介质基板301的外侧表面，且所述第二金属结构层302及所述第四金属结构层304由多个尺寸相同且周期排布的正方形贴片构成，且所述正方形贴片的中心点与所述正交十字网格的中心点在竖直方向上一一对应；所述第一介质基板101及所述第二金属结构层302分别附着在所述蜂窝结构层200的两侧表面。

具体的，本发明实施例提供的超材料天线罩，首先可以设置一个介质基板，即第一介质基板101，然后在该介质基板的一侧表面上附着一层金属颗粒层，即第一金属层结构102。实际中，该金属颗粒层可以为多个均分布的条形金属块102a，并且，多个条形金属块102a的走向与第一介质基板101的夹角为θ为45°。即上述第一介质基板101及第二金属结构层102构成极化旋转超材料层100。进一步，需要设置两个介质基板，即两个第二介质基板301，然后在两个第二介质基板301之间设置第二金属结构层302。即在其中一个第二介质基板301的一侧表面上附着一层第二金结构属层302，使得该第二金属结构层302呈正交十字网格结构，然后将另一个第二介质基板301粘贴在该第二金属结构层302上。另外，在两个第二介质基板301的另外一侧表面上分别附着一层第三金属结构层303及第四金属结构层304，且使得第三金属结构层303及第四金属结构层304呈正方形贴片。进一步，使得第二金属结构层302的正交十字网格的中心与另外两个金属结构层的正方形贴片的中心点在竖直方向上一一对应，即正交十字网格的中心及正方形贴片的中心位于两个介质基板301的同一条垂线上。上述结构即为频率选择表面层300。最后，在极化旋转超材料层100及频率选择表面层300之间设置一层蜂窝结构层200，即在第一介质基板101与第二金属结构层302的之间设置一层蜂窝结构层200。

优选的，为了使得该超材料天线罩的隐身效果更好，可以将第一介质基板101设置为玻璃纤维环氧树脂(fr4)，将第二介质基板301设置为聚四氟乙烯(f4b)，将第一金属结构层102、第二金属结构层302、第三金属结构层303及所述第四金属结构层304设置为金属铜。

进一步，蜂窝结构层200采用芳纶纸蜂窝，一方面减轻重量，另一方面可增强机械强度。

应理解，上述结构的材质只是本发明实施例的一种，具体选择根据实际情况确定，本发明对此不做限制。

还应理解，上述材质构成的超材料天线罩，第一介质基板101的介电常数为4.3(1-j0.025)，第二介质基板301的介电常数为2.65(1-j0.001)；第一金属结构层102、第二金属结构层302、第三金属结构层303及第四金属结构层304的导电率为5.8×10⁷s/m。

如图2所示为本发明实施例提供的极化旋转超材料天线罩整体结构示意图由图可知，本发明实施例提供的超材料天线罩是由极化旋转超材料层100的多个周期性单元、频率选择表面层300的多个周期性单元及蜂窝结构层200构成。可选的，由图3所示的极化旋转超材料层结构示意图可知，每个条形金属块102a所在的旋转极化超材料单元的边长d1为12mm，且所述第一介质基板101的厚度为0.018mm，所述条形金属块102a的宽度w1为1.8mm，长度a为14mm。如图4所示的频率选择表面层结构示意图可知，每个所述正方形贴片及所述正交十字网格所在的频率选择表面单元的边长d2(即正交十字网格的长度a2)为9mm，且正交十字网格的突出部分宽度w2为3mm，所述第二介质基板301的厚度为2mm。综上，极化旋转超材料单元周期d1为12mm，而频率选择表面单元周期d2为9mm。因此，由上述排布在蜂窝结构层200两侧的周期性单元的阵列结构，从而确定了设计后的超材料天线罩的单元周期边长为36mm，且选取芳纶纸蜂窝的厚度6.5mm。

应理解，上述结构尺寸只是示例性说明，具体尺寸根据实际情况确定，本发明对此不做限制。

图5所示为本发明实施例提供的超材料天线罩的仿真曲线。由图可知，该天线罩在4.0-4.9ghz宽频带范围内，插损小于1db，同时保证在高频7～17.5ghz频段内反射电磁波的极化方式发生改变，从而实现了高频隐身。

综上所述，本发明实施例提供的超材料天线罩，通过设置包括金属层及介质基板的极化旋转超材料层、蜂窝结构层及包括两层介质基板及间隔设置的三层金属结构层的频率选择表面层，可以实现在频率选择表面雷达罩工作频带内电磁波的高效透波，同时可以利用超材料层将工作频带外的反射电磁波的极化方向旋转，即水平极化(垂直极化)变为垂直极化(水平极化)，造成反射电磁波与敌方探测电磁波的极化方式失配，即使原路返回的电磁波也无法被接收到，从而达到对敌探测雷达系统隐身的目的，具有重要的应用前景。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。