[发明专利]基于耦合缝隙结构的三维微波吸波体及其应用

说明书

本发明涉及基于耦合缝隙结构的三维微波吸波体及其应用。本发明克服了现有微波吸波体均需要金属反射背板的局限性。本发明利用了沿电磁波传播方向的金属缝隙提供的谐振模式，因此不需要金属背板。同时还采用耦合金属线将金属缝隙中的电磁场耦合到该金属线上由电阻进行吸收。本发明具备吸波频带宽，结构简单，易于加工和组装，重量轻的优点。此外本发明提出的新型微波吸波体对一个极化的电磁波(电场平行于缝隙所在平面)带内吸收带外反射，而对另一个极化的电磁波全频段透射。该特点使得由该微波吸波体构成的天线罩可被广泛应用于各种单极化天线(天线极化方向垂直于吸波体的缝隙所在平面)，从而有效降低天线的雷达散射截面。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种基于三维耦合缝隙结构的微波吸波体及其在低雷达散射截面(RCS)天线罩中的应用，对一个极化的电磁波(电场平行于缝隙)带内吸收带外反射，而对另一个极化的电磁波全频段透射。

背景技术

微波吸波体(Microwave Absorber)是一种能有效吸收入射电磁波并减低其反射的一类电磁结构。它在军用目标的雷达散射截面缩减和电磁兼容等领域有着广泛的应用。

现有的微波吸波体大部分是二维结构，其中最典型的就是电路模拟吸波体(Circuit AnalogAbsorber,CAA)，其通常是由金属背板及其前方的电阻加载的频率选择表面构成，具备重量轻的优点，但通常它比较厚，吸波频带较窄。除此之外也有少量的三维吸波体，不同于二维结构，这一类吸波体通过在纵向(电磁波传播方向)构建基于微带线或者平行板波导的有耗谐振器来实现吸波。如果在一个周期结构内实现多个有耗谐振器或者一个多模谐振器，就可以实现宽带吸波。但三维结构相对复杂，结构组装的误差较大，且加工成本较高。此外，以上所有的微波吸波体均需要金属反射背板。

发明内容

本发明的目的是为了解决以往微波吸波体均需要金属反射背板的局限性，提出了一种基于三维耦合缝隙结构的新型微波吸波体。该微波吸波体利用了沿电磁波传播方向的金属缝隙提供的谐振模式，因此不需要金属背板。该微波吸波体对于极化平行和垂直于金属缝隙的入射电磁波具有吸收和透射两种不同的响应，因此当其作为天线罩使用时，若天线的极化垂直于金属缝隙，则天线罩对于天线几乎无影响，却可以吸收入射的另一个极化的电磁波，从而起到降低天线的RCS的效果。

此外，该微波吸波体还采用了U型耦合金属线将金属缝隙中的电磁场耦合到该金属线上由电阻进行吸收。相比于直接将电阻加载在金属缝隙开口端，该方法有效地拓展了吸波带宽。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于三维耦合缝隙结构的微波吸波体是周期性结构，每个结构单元沿着y轴方向无缝排布，沿着x轴方向以间隔12mm的周期排布。每个周期结构单元沿着x轴方向依次包括金属层、介质基板、耦合金属线；

所述金属层位于介质基板的一侧，金属层开有一端开放的金属缝隙，金属缝隙的开放端边缘与介质基板边缘对齐，且金属缝隙的开放端处设有一阶梯型收窄结构，金属缝隙的长度和宽度可根据实际吸波频段的需求进行选择。

所述耦合金属线位于介质基板的另一侧，为倒置的U形结构，具体由两段等长且相互平行的z轴向金属线，一段y轴向金属线组成。

耦合金属线的U形封闭端朝向金属缝隙的开放端。

位于耦合金属线的y轴向金属线正中心位置嵌入电阻。耦合金属线将金属缝隙中的电磁场耦合到该金属线上由电阻进行吸收。

所述的金属缝隙中心、耦合金属线的中心位于本发明吸波体z轴向中轴线上。

耦合金属线的y轴向金属线部分横跨金属缝隙，两根z轴向金属线落在金属层非金属缝隙的相对位置。

耦合金属线的y轴向金属线距离单元顶端(即介质基板的金属缝隙开放端所在一侧)距离为5mm。该位置决定了从金属缝隙到金属线的耦合强度，因此影响着该吸波体的输入阻抗，进而决定了对入射电磁波的吸波率。