[发明专利]一种吸收性宽带带通空间滤波器

说明书

本发明公开的吸收性宽带带通空间滤波器，包括呈周期排布的多个方形的滤波器单元，每个滤波器单元包括前后依次设置的损耗吸收层、空气层和无损带通层，损耗吸收层和无损带通层由空气层分隔，损耗吸收层包括第一金属层和第一损耗介质层，无损带通层包括前后依次叠置的第二金属层、第二损耗介质层、第三金属层、第三损耗介质层和第四金属层。该滤波器具备双边宽带吸收特性，宽带吸收能力优异，其吸收带宽可分别达到117.6%和21.4%、相对透射带宽可达47%，能够实现对工作频带内信号的自由收发和通带两侧干扰信号的吸收，同时该滤波器具有一个宽频通带，可以满足某些对工作频带提出宽带要求的场景，相比传统的滤波器结构，更具备实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种空间滤波器，具体是一种吸收性宽带带通空间滤波器。

背景技术

随着科技的发展，电子设备的发展亦趋于多样化、普遍化，电磁环境日益错综复杂，通信系统对电磁兼容的要求越来越高。传统带通滤波器设计中，只考虑工作频带的低插损特性，带外噪音信号的干扰往往只是通过增强反射来实现，然而这部分反射的杂散信号会影响其它电子设备，急剧恶化宽带通信系统技术指标。如何保证带内工作频带内的信号的正常通讯，同时抑制带外干扰信号，成为一个重要的课题。

与此同时，现代战争中，雷达目标隐身是非常重要的指标之一。其中，雷达天线系统是重要的散射源，在某些频率具有很高的雷达散射截面(RCS)。降低雷达散射截面的主要方法有两种：一是涂覆诸如铁氧体、磁性材料等吸波材料，但是这种吸收型的涂敷方法会显著降低天线辐射效率，影响正常信号收发；二是采用类似频率选择表面的结构，改变反射波反射方向，降低前向辐射信号。这种方法不会影响天线本身的性能，但其二次散射的杂散信号仍然会干扰通信系统设备。且随着多站雷达和雷达组网技术的发展，这种方法无法达到真正隐身的目的。如何实现通信和宽带吸收的一体化设计，也成为一个重要的课题。

近些年，电磁超材料的发展取得了令人瞩目的成果。与频率选择表面(FrequencySelective Surface，FSS)类似，由大量周期性排列、具有特定形状的金属谐振单元所组成的二维结构，可实现带阻、低通、高通和带通等空间滤波器设计。传统频率选择表面设计中，没有考虑其带外反射所带来的电磁干扰问题。在这种背景下，吸收性带通滤波器应运而生，它在保证通带信号自由收发的同时，还将通带外的信号吸收掉，从而达到完美隐身/吸波和正常通信的结合。但由于同时兼顾透波和吸波能力，结构设计起来有一定的难度。目前普遍采取的设计方法可以概括为三步进行：首先是在金属条上加载集总电阻元件，在一定频带上实现阻抗匹配，同时由于金属接地板的存在，能量无法反射、透过，表面电流经过电阻元件时被消耗，从而达到了吸波效果；第二步是利用集总电阻加载的金属条带制造出一些可以等效为类电容、电感器件的结构，这些LC等效电路结构在特定吸波频段内发生谐振，阻抗接近无穷大，无法匹配自由空间，所以能量无法被吸收，而是形成了一个反射带；第三步是使用带通FSS代替原来的金属接地板结构，带通FSS的通带与第二步的反射带匹配对应，最终实现了吸、透一体的效果。目前吸收性滤波器还面临着如下几个瓶颈：首先，已有设计多为低频透波/高频吸波或高频透波/低频吸波单边带吸收，在实际应用中的效果有较大的局限性；其次，虽然透波和双边吸波已有报道，但大多数都是在牺牲透射带宽的基础上提升相对吸收带宽，难以同时兼顾宽带透射和宽带吸波能力。因此，对于同时具有宽带透射和宽带吸波能力的空间滤波器的研究同样成为一个重要的课题。

发明内容

针对复杂电磁环境下的电磁兼容和雷达目标隐身问题，本发明提出一种吸收性宽带带通空间滤波器，该空间滤波器具备双边宽带吸收特性，宽带吸收能力优异，能够实现对工作频带内信号的自由收发和通带两侧干扰信号的吸收，同时该空间滤波器具有一个宽频通带，可以满足某些对工作频带提出宽带要求的场景。