[发明专利]一种具有宽带透波窗口的吸透一体材料

说明书

本发明提供一种具有宽带透波窗口的吸透一体材料，属于人工超材料技术领域。本发明吸透一体材料由阻抗层和频率选择表面层构成，其中阻抗层由分设于介质层两面中心且具有特殊结构的金属层构成，其中一层金属层以另一层旋转90°得到，金属层中心设计为交指结构；频率选择层有三层金属，实现三阶滤波器的效果。两者结合共同实现了宽带吸波‑透波‑吸波效果，且且本吸透一体材料透波带的矩形度高，透波带与吸波带的过渡带窄；除此之外，在水平极化波和垂直极化波入射下频率响应几乎相同，具有双极化特性。

技术领域

本发明属于人工超材料技术领域，具体涉及一种具有宽带透波窗口的吸透一体材料。

背景技术

现代军事中，电磁隐身技术是评估军事装备的重要指标之一。实现电磁隐身的传统手段有如下几种：1.在军事装备外壳上添加吸波材料，使得军事装备可以吸收敌方雷达发射的电磁波，减少反射；2.基于电磁散射理论为军事装备设计特殊的外形，使其雷达散射截面降低。然而，这两种方法都不适用于天线隐身。天线是军事装备的重要散射源之一，但在天线表面涂抹吸波材料或改变天线外形都会影响天线的正常工作。

一种可行的天线隐身手段是利用频率选择表面制作天线罩。频率选择表面是一种空间滤波器，在天线的工作频段实现透波，不影响天线的正常工作；在其他频段实现全反射，反射入射的电磁波。设计频率选择表面的外形，可以将照射到天线上的电磁波反射至其他方向，消减前向雷达散射截面。然而，随着多站雷达和雷达组网技术的发展，仅消减前向雷达散射截面是不够的，反射至其他方向的电磁波仍可能被敌方雷达侦测到。

吸透一体材料可以在天线的工作频段实现透波，同时在其他频段实现吸波。用吸透一体材料制作天线罩，既不会影响天线的正常工作，又能吸收其他频段的入射电磁波，实现天线隐身。根据吸收频段和透波频段的分布，可以将吸透一体材料分为以下类别：1.高频吸收、低频透波型；2.高频透波、低频吸收型；3.在透波频段的左右频段均能吸收的吸收-透波-吸收型。对于吸收-透波-吸收型吸透一体材料，根据透波频段的宽窄可以分为窄带透波和宽带透波两类。根据加工方式和材料结构可以分为二维结构和三维结构两类。对于窄带透波的吸波-透波-吸波型人工电磁材料，国内外已有较多研究，但由于大部分军事装备的天线工作频带都有一定带宽，因此宽带透波的吸透一体材料更具实际意义。目前已有宽带透波的吸波-透波-吸波型人工电磁材料，但大都采用了三维结构，加工难度较高，且为单极化材料。

因此，亟需研究一种具有二维双极化的宽带吸波-透波-吸波型吸透一体材料。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有宽带透波窗口的吸透一体材料，该材料由阻抗层和频率选择表面层构成，两者共同实现了宽带吸波-透波-吸波效果，且在水平极化波和垂直极化波入射下频率响应几乎相同，具有双极化特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有宽带透波窗口的吸透一体材料，包括n×n个结构单元，所述结构单元包括阻抗层和频率选择表面层，所述阻抗层包括第一金属层、第一介质层和第二金属层，所述频率选择表面层由四个基本单元组成，所述基本单元从上至下依次为第三金属层、第二介质层、第四金属层、第三介质层和第五金属层，其特征在于，所述第一金属层的中心为交指结构，所述交指结构的两端分别连接一个矩形，所述矩形另一端与等腰梯形的上底边相连，所述矩形在靠近交指结构的位置开缝，用于焊接电阻；所述交指结构由七个宽度相同的金属条组成，从左往右依次一端与所述矩形相连，中间第四金属条两端与所述矩形相连，所述第四金属条与第三金属条、第五金属条之间的间距均为d₁，其余相邻金属条之间的间距为d₂；所述第二金属层由第一金属层以中心为原点旋转90°得到，所述第一金属层和第二金属层分别位于第一介质层上下两面的中心处；所述第三金属层和第五金属层为正方形，所述第四金属层为十字形；所述阻抗层与频率选择表面层尺寸相同，两者之间的间距为D，为中心频率的四分之一波长，中间填充介质为空气。

进一步地，所述结构单元的数目n≥8。