本发明提供一种耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，属于电磁场与微波技术领域。
背景技术：
提高武器的生存能力和总体作战效果，是各国军工领域普遍关注的重点。隐身技术是针对雷达工作特点而发展起来的一种有效突防手段。雷达天线作为武器装备上的强散射源，其雷达天线罩在通带内满足高透波的同时，还需满足阻带高隐身的要求，同时要求通带到阻带之间的过渡带尽量小。根据实际工作状况设计满足工程应用的雷达天线罩，是各种武器平台隐身设计的重大技术难题。
传统介质雷达罩能够实现高透波要求，但并没有隐身效果。通常在透波/隐身天线罩电性能设计中，采用的是频率选择表面(fss)技术，但一般的频率选择表面难以实现通带窗口的陡截止，过渡带较宽，天线罩的隐身性能难以保证。
技术实现要素：
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明的目的在于提供一种耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，以解决现有的频率选择表面天线罩难以实现通带窗口的陡截止，且过渡带较宽，天线罩的隐身性能难以保证的问题。
本发明的技术解决方案：
本发明提供一种耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，包括沿厚度方向依次设置的第一蒙皮层、第一频选层、第一芯层、第二频选层、第二芯层、第三频选层以及第二蒙皮层：所述第一频选层和所述第三频选层结构一致，均由第一金属单元层贴附在一介质层上构成，所述第一金属单元层包括多个周期排列的第一fss单元，所述第一fss单元为改进的十字型缝隙单元结构，在十字型缝隙单元结构基础上，进一步在所述十字型缝隙的两条臂所划分出的四个区域内均开设一个尺寸相同的l形缝隙，其中，所述l形缝隙的两条边分别与十字型缝隙两条臂平行，并且四个区域的l型缝隙互相对称设置，以及所述l型缝隙的开口方向均朝向背离所述十字型缝隙的两条臂的交点的方向；所述第二频选层由第二金属单元层贴附在一介质层上构成，所述第二金属单元层包括多个周期排列的第二fss单元，所述第二fss单元为矩形金属贴片结构；所述第一fss单元和所述第二fss单元的周期排列方式相同，且所述第一频选层具有的第一fss单元、和与其对应的第二频选层具有的第二fss单元以及第三频选层具有的第一fss单元的中心位于同一直线上。
进一步地，所述l型缝隙的两条边尺寸相等，并且所述两条边分别距与之互相平行的十字型缝隙的臂的距离相等。
进一步地，设所述十字型缝隙的缝隙宽度为b，则，所述十字型缝隙的长度l1＝9b～11b，所述l型缝隙的长度l2＝2b～3b，l型缝隙的边与与之平行的十字型缝隙的臂的距离c＝0.5b～0.8b。
进一步地，所述第一fss单元为方形结构，其结构边长a＝10b～12b；所述第二fss单元的结构边长d＝3.5～4.8b。
进一步地，所述十字型缝隙的缝隙宽度b的取值范围为[0.10，0.50]。
进一步地，所述多个周期排列的第一fss单元和第二fss单元均采用正方形栅格周期排列。
进一步地，所述第一蒙皮层和所述第二蒙皮层的材料相同；所述第一芯层和所述第二芯层材料也相同。
进一步地，所述第一蒙皮层和所述第二蒙皮层均采用纤维增强树脂复合材料制得；所述第一芯层和所述第二芯层均采用泡沫复合材料制得。
进一步地，所述所述第一蒙皮层和所述第二蒙皮层优选均采用石英纤维/氰酸酯树脂复合材料制得；所述第一芯层和所述第二芯层优选均采用聚氨酯泡沫复合材料制得。
本发明相比于现有技术具有以下优势：
应用本发明提供的耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，通过雷达罩中fss单元结构设计，以及采用互补型的多层结构形式，可在x波段实现高透波，x波段透波率大于90％，同时使得x波段通带到阻带之间的过渡带实现了陡截止特性，过渡带带宽小于1ghz。应用本发明的技术方案，极大提高了天线罩的隐身性能，并且本发明提供的该fss结构形式可应用于航空、航天、船舶及地面雷达罩结构设计，应用范围广泛，满足各种场合设计需求。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例提供的一种耗散型宽频带频率选择表面雷达罩的结构示意图；
图2为根据本发明实施例提供的第一fss单元的结构示意图；
图3为为根据本发明实施例提供第二fss单元的结构示意图；
图4为根据本发明实施例提供的耗散型宽频带频率选择表面雷达罩损耗特性测试结果；
图5为根据本发明实施例提供的耗散型宽频带频率选择表面雷达罩透波特性测试结果。
图中：
其中1为第一蒙皮层，2为第一频选层，3为第一芯层，4为第二频选层，5为第二芯层，6为第三频选层，7为第二蒙皮层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1～3所示，根据本发明实施例提供一种耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，包括沿厚度方向依次设置的第一蒙皮层1、第一频选层2、第一芯层3、第二频选层4、第二芯层5、第三频选层6以及第二蒙皮层7：第一频选层2和第三频选层4一致，均由金属单元层贴附在一介质层上构成，第一金属单元层包括多个周期排列的第一fss单元，第一fss单元为改进的十字型缝隙单元结构，在十字型缝隙单元结构基础上，进一步在所述十字型缝隙的两条臂所划分出的四个区域内均开设一个尺寸相同的l形缝隙，其中，l形缝隙的两条边分别与十字型缝隙两条臂平行，并且四个区域的l型缝隙互相对称设置，以及l型缝隙的开口方向均朝向背离所述十字型缝隙的两条臂的交点的方向；第二频选层4由第二金属单元层贴附在一介质层上构成，所述第二金属单元层包括多个周期排列的第二fss单元，第二fss单元为矩形金属贴片结构；第一fss单元和所述第二fss单元的周期排列方式相同，且所述第一频选层2具有的第一fss单元、和与其对应的第二频选层4具有的第二fss单元以及第三频选层6具有的第一fss单元的中心位于同一直线上。
本发明实施例耗散型宽频带频率选择表面雷达罩，其采用了fss结构设计，其中的fss结构为三层结构，分别设置在蒙皮、芯层之间，其中，上下两层为缝隙型单元结构，中间层为贴片型的单元结构，上下两层结构一致，结构形式为改进的十字型缝隙，中间层结构形式为矩形贴片，通过上述设计，克服了传统介质层雷达罩不能同时实现透波/隐身一体化的特性，以及常用的fss结构不能实现通带到阻带的陡截止的特性。
进一步地，作为本发明实施例，所述的介质层均指介质薄膜；此外，所述第一蒙皮层1、第一频选层2、第一芯层3、第二频选层4、第二芯层5、第三频选层6以及第二蒙皮层7可以通过粘接等手段组合在一起。
进一步地，作为本发明一项重要之处，如图2所示，图2示出了第一fss单元的结构示意图，其中，第一fss单元为改进的十字型缝隙单元结构，也即在传统的十字型缝隙单元结构的基础上进行改进，在传统十字型缝隙单元结构基础上，进一步在十字型缝隙的两条臂所划分出的四个区域内均开设一个尺寸相同的l形缝隙，如图2所示，十字型缝隙的两条臂互相垂直，划分出四个区域，其中，每个区域为正方形区域，其两条边由十字型缝隙的两条臂(1/2)构成，另两条边未示出，其中，每个区域的l形缝隙的两条边分别与十字型缝隙两条臂平行，并且四个区域的l型缝隙互相对称设置，也即两两对称设置，以及l型缝隙的开口方向(这里的开口方向是指l型缝隙形成的直角的那一侧)均朝向背离所述十字型缝隙的两条臂的交点方向。
通过在传统的十字型缝隙单元结构基础上增加了四个l型缝隙，也即四个l型回路，可有效抑制杂散电流，保证透波通带顶部的平坦性，同时实现宽角域的透波性能，中间层采用贴片的结构形式，其与上下两层产生电磁耦合，通过调节贴片大小，可实现过渡带的陡截止。
进一步地，作为本发明一种具体实施例，对于天线罩中三层的频选层，其中的fss单元的周期排列方式均相同，周期尺寸相等，优选均采用正方形栅格排列，具体的，对于任意一个第一频选层2的第一fss单元，所述第二频选层4和第三频选层6必然会有一个第二fss单元、第一fss单元分别与其对应，并且，该对应的三个fss单元互相平行，三者(第一频选层2的第一fss单元、第二频选层4和第三频选层6的第二fss单元、第一fss单元)中心还位于同一直线上，并且该直线分别与三者垂直。
进一步地，为了在大入射角范围内及各种极化形式下实现陡截至特性，所述l型缝隙的两条边尺寸相等，并且所述两条边分别距与之互相平行的十字型缝隙的臂的距离相等。
进一步地，作为本发明优选实施例，设所述十字型缝隙的缝隙宽度为b，经过仿真优化，则，所述十字型缝隙的长度l1＝9b～11b，所述l型缝隙的长度l2＝2b～3b，l型缝隙的边与与之平行的十字型缝隙的臂的距离c＝0.5b～0.8b。
进一步地，作为本发明优选实施例，所述第一fss单元为方形结构，其结构边长a＝10b～12b；所述第二fss单元的结构边长d＝3.5～4.8b。
进一步地，作为本发明优选实施例，所述十字型缝隙的缝隙宽度b的取值范围为[0.10，0.50]。
进一步地，作为本发明一种具体实施例，所述第一蒙皮层1和所述第二蒙皮层7的材料相同；所述第一芯层3和所述第二芯层5材料也相同。
进一步地，作为本发明一种实施例，所述第一蒙皮层1和所述第二蒙皮层7均采用纤维增强树脂复合材料制得；所述第一芯层3和所述第二芯层5均采用泡沫复合材料制得。
具体的，所述所述第一蒙皮层1为外蒙皮，所述第二蒙皮层7为内蒙皮，两者均采用石英纤维/氰酸酯树脂复合材料制得；所述第一芯层3和所述第二芯层5优选均采用聚氨酯泡沫复合材料制得。
本发明提供的耗散型宽频带频率选择表面雷达罩具有以下优势：
第一、采用改进的fss单元结构以及多层协同配合设置，可以实现在x波段内高透波率(透波率大于90％)，在x波段通带到阻带之间的过渡带实现陡截止特性(过渡带带宽小于1ghz)，解决了常规fss结构过渡带较宽的问题；
第二、fss单元结构采用在十字型缝隙结构周边使用l型缝隙，可有效抑制杂散电流，起扼流作用，保证透波通带顶部的平坦性，可满足在宽角域范围内(0～60°入射角范围内)有高透波率能力，从而满足天线罩在实际工程上应用；
第三、该雷达罩中设计的fss单元结构可应用于航空、航天、船舶及地面雷达罩结构设计，满足不同场合设计需求。
实施例1
结合图1至图4说明本实施例，本发明实施例为一种具有陡截止效果的fss结构天线罩，具体的设计过程分为雷达罩结构总体方案确定、fss单元结构优化两个阶段：
一、雷达罩结构总体方案的确定
以某型号天线罩透波/隐身技术指标为背景，技术指标为：工作频段：x波段，工作带宽：500mhz；透波率：≥90％(工作带宽内)，隐身频段：x波段外其它频段，反射率：≥-15db；过渡带带宽：≤1ghz。
经设计分析，天线罩罩体最佳厚度为5.6mm，天线罩材料优选为：罩体内外蒙皮材料为石英纤维/氰酸酯复合材料；芯层材料为聚氨酯泡沫复合材料；
二、耗散型fss结构仿真优化：
在专业电磁仿真软件内建立耗散型fss结构模型，包括雷达罩罩体、fss单元结构，在建立的模型中准确输入各层介质的电参数(如介电常数、损耗角正切值)；经过优化分析可得，雷达罩电性能与fss单元缝隙b密切相关，以b为基准，相关参考可表示为：l型缝隙长度l2＝2b～3b，十字型缝隙长度l1＝9b～11b，l型缝隙与十字型缝隙距离c＝0.5b～0.8b，整个单元结构边长a＝10b～12b，作为中间层的矩形贴片边长d＝3.5～4.8b。b的取值范围为[0.10,0.50]，fss单元厚度0.018mm，柔性介质薄膜厚度0.05mm，罩体厚度5.6mm，其中蒙皮厚度0.7mm，芯层厚度h为1.4mm。
图4和图5分别示出了该实施例的耗散型宽频带频率选择表面雷达罩损耗特性测试结果以及透波特性测试结果，从图中可以看出：该天线罩在x波段实现了高透波，x波段透波率大于90％，x波段的通带到阻带之间的过渡带实现了陡截止特性，过渡带带宽小于1ghz，天线罩性能得到保证。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。