[发明专利]Ka波段全极化超薄频率选择表面及天线罩

说明书

技术领域

本发明属于材料和天线罩技术领域，具体涉及一种Ka波段全极化超薄频率选择表面及天线罩。

背景技术

频率选择表面是一种人工周期性材料。通过对涂覆在介质基板表面的金属箔的几何形状进行设计来改变原介质基板的电磁特性。通过设计，频率选择表面可以实现在特定频段透波和在其他频段反射来波的功能。将这些频率选择表面和天线结合起来，可以对天线实现物理上的保护，起到天线罩的作用，提高天线的辐射性能和降低天线的雷达散射截面以实现隐身等；也可以做成在馈源天线工作频段内反射电磁波的反射面，和馈源天线形成反射面天线。工作在Ka波段的频率选择表面由于结构尺寸小，加工难度大和测试难度大等问题的存在，对设计有一定的挑战性。

目前，已有一些新型Ka波段频率选择表面的研究成果问世。当其作为天线罩时，在天线的工作频带内，频率选择表面对于天线来说是透明的，不影响天线的辐射性能或对天线的辐射性能影响很小；但在工作频带以外，该频率选择表面天线罩将入射电磁波沿来波方向反射回去，阻碍电磁波透过。当其作为反射面天线的一部分时，频率选择表面的反射特性又被充分利用。反射面将馈源发射出来的电磁波反射出去，在空间中形成平面电磁波并将电磁能量传递到远区。但这些研究成果有一定的不足之处。有的Ka波段频率选择表面为多层结构，厚度大，重量重，剖面不低，不适用于低剖面天线应用平台。有的频率选择表面虽然轻薄，但在Ka波段没有实现全极化特性。只有当某一特定方向极化入射电磁波照射其上时，该频率选择表面的通带特性才表征出来。因此现有技术在应用上有其局限性。

发明内容

针对现有Ka波段频率选择表面天线罩难以实现全极化、带外抑制差、厚度大以及重量重等缺陷，提供一种仅0.5毫米厚的全极化超薄频率选择表面天线罩。在30GHz到40GHz频带内，该频率选择表面从33GHz到37.5GHz为高透波率通带，带内透波率大于95％。当任意极化的线极化电磁波照射到该频率选择表面上时，其电磁特性基本保持不变。在通带外，实测带外抑制能达到-20dB左右。

具体技术方案如下：一种Ka波段全极化超薄频率选择表面，包括一块由非导电材料制成的介质基板，和在所述介质基板上表面和下表面附着的金属箔层；所述上表面的金属箔层上包含数个横向和纵向均周期性排布的上周期微单元结构，下表面的金属箔层上包含数个横向和纵向均周期性排布下周期微单元结构；所述上/下周期微单元结构的几何构型相同；

上周期微单元结构个数大于或等于20*20个，下周期微单元结构与上周期微单元结构对应。

按上述方案，所述的上周期微单元结构为正方形，包括通过电路板加工工艺腐蚀出的三条圆环状缝隙，所述三条圆环为同心圆环，圆心为上周期微单元结构的几何中心；

所述的下周期微单元结构为正方形，包括三条圆环状缝隙，与上周期微单元结构对应的缝隙对齐。

按上述方案，所述上/下周期微单元结构中内径最大的圆环状缝隙上还可以加载四个金属短路缝隙，所述四个金属短路缝隙均匀分布在圆环上，将圆环分为等长的四段。

按上述方案，所述四个金属短路缝隙的对称中心排布在上/下周期微单元结构的局部坐标系的X轴和Y轴上，其中局部坐标系的原点为所述上/下周期微单元结构的几何中心，X轴与Y轴分别与所述上/下周期微单元结构中相邻的两边平行。

按上述方案，所述四个金属短路缝隙的对称中心排布在局部坐标系的四个象限的角平分线上，其中局部坐标系的原点为所述上/下周期微单元结构的几何中心，X轴与Y轴分别与所述上/下周期微单元结构中相邻的两边平行。

按上述方案，所述金属短路缝隙的长度为0.2～0.5毫米。

按上述方案，所述上/下周期微单元结构中内侧圆环状缝隙的内半径为1～1.2毫米，内外半径差为0.15～0.25毫米；中间的圆环状缝隙的内半径为1.4～1.6毫米，内外半径差为0.15～0.25毫米；外侧圆环状缝隙的内半径为1.8～2毫米，内外半径差为0.15～0.25毫米。

按上述方案，所述介质基板的厚度为0.5毫米，金属箔的厚度为0.035毫米。

按上述方案，所述上/下周期微单元结构的边长为4～5毫米

按上述方案，金属箔层可以选择金属箔中的金箔或银箔或铜箔任一种材料。

本发明还提供了一种天线罩，所述天线罩包括所述的Ka波段全极化超薄频率选择表面，可用于罩设在天线系统的辐射方向上。