单通带双侧吸波复合超材料及其天线罩和天线系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料和天线罩技术领域，具体涉及一种单通带双侧吸波复合超材料及 其天线罩和天线系统。
【背景技术】
[0002] 超材料是一种人工合成材料，通过将小于波长的周期性单元结构整齐合理地排列 在介质基板的表面或嵌入介质基板内部来人为地改变介质基板的电磁特性，从而实现操控 电磁波的功能。周期性单元结构可以由附着在介质基板上的金属箔、电阻电容薄膜和磁性 材料等实现。一般而言，超材料介质基板上的金属箔周期性单元结构主要实现频率选择功 能，使超材料在特定频带上实现透波特性。电阻或磁性材料等周期性单元结构可独立地或 者与金属箔相结合地使超材料在特定频带上实现吸波特性。
[0003] 目前，已有诸多金属箔周期性单元结构作为频率选择表面（FSS)应用于天线罩领 域。这些频率选择表面天线罩不仅从物理上保护了天线或者阵列天线，而且在电磁特性上 实现了电磁窗的作用，即仅让天线工作频带内的电磁波通过天线罩。但这类由金属箔周期 性单元结构构成的FSS天线罩的雷达散射截面（RCS)往往较高，因此不利于天线罩和天线 系统达到隐身的目的。
[0004] 将电阻或磁性材料等周期性单元结构与金属箔周期性单元结构复合在一起可实 现吸波功能。金属箔能反射电磁波。在实现吸波功能时，金属箔充当金属接地板的作用，将 特定频段上的电磁波反射回去以供电阻或磁性材料吸收。
[0005] 目前，很多文献资料显示已通过金属箔、集总电阻或磁性材料周期性单元结构实 现了几种透波/吸波复合超材料。这些复合超材料一般具有一个透波通带和一个吸波频 带。吸波频带位于低于通带或者高于通带的频带上。如在较低频带实现透波特性和在较高 频带实现吸波特性的低透高吸的复合超材料，或者在较低频带实现吸波特性和在较高频带 实现透波特性的低吸高透的复合超材料。这些复合超材料的通带带宽普遍较窄。大多数这 种复合超材料均在一个频点附近有较好的透波特性。
[0006] 但在实际需求中，应用于天线罩的复合超材料不仅要求具有透波特性的通带有一 定带宽，而且在通带外双侧的高低频带上均需要有吸波特性。这样的切实需要可以使天线 或者阵列天线在其工作频带外的高低频带上均获得低雷达散射截面（RCS)，从而很好地实 现隐身。目前，国内外还没有文献显示已有发明创新填补了这项技术空白。
【发明内容】
[0007] 针对现有复合超材料技术的仅在频率选择表面（FSS)的透波通带外单侧形成吸 波特性的缺陷，提供一种复合超材料。在IGHz到30GHz频带内，该种复合超材料在X频带内 有一个高透波率通带，通带带宽为20 %，带内透波率大于90 % ;在透波通带外的低频带-S 频带上和透波通带外的高频带-Ku频带和K频带上该复合超材料均具有显著的吸波特性。
[0008] 具体技术方案如下：一种单通带双侧吸波复合超材料，包括一块非导电材料制成 的介质基板100和埋置在所述介质基板内的四层周期性超材料结构层；所述四层周期性超 材料结构层按照从上至下的顺序，分别为电阻薄膜层102、第一金属贴片层103,第二金属 贴片层104和第三金属贴片层105 ;所述单通带双侧吸波复合超材料被虚拟地划分为多个 周期性排布的正方形单元结构101 ;每个正方形单元结构包括介质基板，及夹在介质基板 中间的各层微单元结构，依次为正方形环状电阻薄膜、"回"字型金属贴片一、"田"字型金属 贴片、"回"字型金属贴片二；所述"回"字型金属贴片一与"回"字型金属贴片二的结构相 同。
[0009] 进一步地，所述正方形单元结构101分层依次对应1个正方形环状电阻薄膜、4个 "回"字型金属贴片一、4个"田"字型金属贴片、4个"回"字型金属贴片二。
[0010] 进一步地，所述正方形环状电阻薄膜的外边长为16mm，内边长为12mm。
[0011] 进一步地，所述"回"字型金属贴片一为外侧用金属细线围成的正方形边框和内侧 的正方形金属贴片组成；正方形金属贴片的中心点与正方形边框的中心点重合。
[0012] 进一步地，所述"田"字型金属贴片为用金属细线围成的正方形边框和一个中心为 圆孔与十字缝隙组合形状的正方形金属贴片构成。
[0013] 进一步地，所述金属细线的长为8. 5mm，宽为0? 5mm;正方形金属贴片的边长为 5. 5mm〇
[0014] 进一步地，所述"田"字型金属贴片上的圆孔半径为0. 8mm;十字缝隙的长为4mm， 宽为0. 5mm，正方形金属贴片的边长为5. 5mm。
[0015] 进一步地，所述电阻薄膜层102距离介质基板的上表面的厚度为4. 5mm，所述第一 金属贴片层103与电阻薄膜层102之间介质基板的厚度为9mm ;所述第一金属贴片层103与 所述第二金属贴片层104之间介质基板的厚度为1mm ;所述第二金属贴片层104与所述第 三金属贴片层105之间介质基板的厚度为1mm ;第三金属贴片层105距离介质基板下表面 的厚度为4. 5mm。
[0016] 本发明还提供了一种天线罩，用于罩设在天线系统的辐射方向上，包括以上所述 的单通带双侧吸波复合超材料。
[0017] 本发明还提供了一种天线系统，包括天线以及上述的天线罩，所述天线罩罩设于 天线上。
[0018] 采用本发明具有以下有益效果：本发明中单通带双侧吸波复合超材料实现频率选 择的金属贴片层能使阵列天线在X频带保持良好的辐射特性，能自由通信；同时，在X频带 通带两侧的S频带，Ku频带和K频带内，复合超材料天线罩中具有吸波特性的电阻薄膜层 联合金属贴片层一起发挥作用，很好地吸收了入射到天线罩后又被金属贴片层反射回来的 电磁波，从而显著地降低了该阵列天线在这些频带内的雷达散射截面（RCS)，很好地实现隐 身目的。在X频带内，该复合超材料天线罩也能吸收被金属贴片层反射回来的部分电磁波， 使阵列天线在X频带内的RCS也有一定的缩减。
【附图说明】
[0019]图1是本发明中单通带双侧吸波复合超材料的剖面结构示意图；
[0020] 图2是本发明中单通带双侧吸波复合超材料中靠近介质基板上表面的电阻薄膜 层的单元结构示意图；
[0021] 图3是本发明中单通带双侧吸波复合超材料中的第一金属贴片层的单元结构示 意图；
[0022] 图4是本发明中单通带双侧吸波复合超材料中的第二金属贴片层的单元结构示 意图；
[0023]图5是在三维直角坐标系XYZ下，本发明中单通带双侧吸波复合超材料电阻薄膜 层的单元结构与第一金属贴片层、第三金属贴片层的单元结构的叠置在一起时的结构示意 图；第一金属贴片层和第三金属贴片层的结构相同，为方便看清这三层结构，各层之间的介 质基板被隐藏了；
[0024]图6是在三维直角坐标系下，本发明中单通带双侧吸波复合超材料中电阻薄膜层 的单元结构与第二金属贴片层的单元结构的叠置在一起时的结构示意图；为方便看清这两 层结构，各层之间的介质基板被隐藏了；
[0025] 图7是本发明中单通带双侧吸波复合超材料的电阻薄膜层的结构示意图；
[0026]图8是本发明中单通带双侧吸波复合超材料的第一金属贴片层的结构示意图；第 三金属贴片层和第一金属贴片层的结构一致；
[0027] 图9是本发明中单通带双侧吸波复合超材料的第二金属贴片层的结构示意图；
[0028]图10是本发明中单通带双侧吸波复合超材料天线罩与线极化波导缝隙阵列天线 系统不意图；
[0029] 图11是本发明中当线极化平面电磁波沿-Z方向照射单通带双侧吸波复