一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构制造技术

本发明专利技术涉及一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构及天线罩，该超材料结构包括多个按正方形栅格周期性排列的超材料结构单元，超材料结构单元包括第一介质板、第二金属层、第三介质板、第四金属层和第五介质板；第二金属层设置在第一介质板与第三介质板之间，包括第一正方形环和耶路撒冷十字，耶路撒冷十字嵌设在第一正方形环中心，每一臂均设有一个贴片电容；第四金属层设置在第三介质板与第五介质板之间，包括第二正方形环和正方形贴片，正方形贴片嵌设在第二正方形环中心，每一边均通过一个PIN管连接第二正方形环的对应边，四个PIN管管脚极性保持一致。本发明专利技术在Ku波段具备一个透波通带，且该通带可通过调控切换为屏蔽反射状态。状态。状态。

【技术实现步骤摘要】
一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构


[0001]本专利技术涉及超材料
，尤其涉及一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构及天线罩。

技术介绍

[0002]超材料指原本自然界中不存在，由人工设计、制造出来的，具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。随着研究的不断深入，超材料的研究已经从最初的微波波段扩展到光波波段和声波波段，包含的超材料除最初的左手材料外，还包括光子晶体、超磁性材料、频率选择表面等等。
[0003]随着现代雷达探测技术的不断发展进步，雷达的探测距离和探测精度不断提高，极大的削弱了武器装备的战场生存能力和突防能力。为了应对这一变化，武器装备的强隐身设计越来越受到关注。超材料技术由于其在电磁调控方面独特的功能优势，在隐身领域得到广泛应用。应用最早也最广泛的是频率选择表面技术，频率选择表面是一种空间电磁波滤波结构，通过周期排布的金属单元结构形成特定频率电磁波下的电磁谐振，使得该频段电磁波能够选择性的透过或反射，从而在保证己方雷达正常工作的同时结合低散射外形减小特定频段雷达散射截面积。但是，频率选择表面技术只能解决己方雷达工作频段外的隐身问题，对于己方雷达工作频段内的雷达波不具备隐身能力，因此，需要开展针对带内隐身问题的新型隐身技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，在Ku波段具备一个透波通带，且该通带可通过调控切换为屏蔽反射状态。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，包括：
[0006]多个按正方形栅格周期性排列的超材料结构单元，每个栅格的超材料结构单元包括第一介质板、第二金属层、第三介质板、第四金属层和第五介质板，其中：
[0007]所述第二金属层设置在所述第一介质板与所述第三介质板之间，包括金属材质的第一正方形环和耶路撒冷十字；所述第一正方形环的中心与栅格的中心重合，边与栅格的边缘平行间隔设置；所述耶路撒冷十字嵌设在所述第一正方形环的中心，所述耶路撒冷十字的四臂中每一臂上均设有一个贴片电容；
[0008]所述第四金属层设置在所述第三介质板与所述第五介质板之间，包括金属材质的第二正方形环和正方形贴片；所述第二正方形环的中心与栅格的中心重合，边缘与栅格的边缘重合；所述正方形贴片嵌设在所述第二正方形环的中心，所述正方形贴片的四边中每一边均通过一个PIN管连接所述第二正方形环的对应边，四个所述PIN管的管脚极性保持一致。
[0009]优选地，设栅格周期为p，所述第一介质板的厚度h1范围为0.05p～0.1p。
[0010]优选地，所述第一正方形环的边长a1范围为6～7mm，线宽w1范围为0.2～0.8mm。
[0011]优选地，所述耶路撒冷十字相对的两条短边之间的距离a2范围为4～6mm。
[0012]优选地，每个所述贴片电容的电容值C1范围为0.2～2pF。
[0013]优选地，设栅格周期为p，所述第三介质板的厚度h2范围为0.05p～0.08p。
[0014]优选地，所述第二正方形环的线宽w2范围为0.2～0.8mm。
[0015]优选地，设栅格周期为p，所述第五介质板的厚度h3范围为0.05p～0.1p。
[0016]优选地，四个所述贴片电阻均位于所在臂的中心处。
[0017]本专利技术还提供了一种天线罩，采用如上述任一项所述的Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构制作。
[0018]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构及天线罩，本专利技术提供的超材料结构包括多个按正方形栅格周期性排列的超材料结构单元，其中每个栅格的超材料结构单元包括第一介质板、第二金属层、第三介质板、第四金属层和第五介质板，第二金属层加载贴片电容，第四金属层加载PIN管，第一、第三、第五介质板起到支撑及阻抗匹配的作用，第二、第四金属层起到调节电磁传输的作用，通过加载的PIN管可调控透波/屏蔽状态的切换，同时通过加载的贴片电容可调节等效阻抗，进而调整谐振频率。本专利技术提供的超材料结构及天线罩在Ku波段具备一个透波通带，并能够通过控制PIN管两端的电压，切换为屏蔽反射状态，同时，该超材料结构还在C波段和X波段各包含一个吸波频带，可以用于增强对该频段雷达波的隐身性能。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例中一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构剖面示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例中第二金属层周期性排列示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例中第四金属层周期性排列示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例中一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构在PIN管导通及断开状态下的传输特性曲线；
[0023]图5是本专利技术实施例中一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构在PIN管导通及断开状态下的反射特性曲线。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]如图1至图3所示，本专利技术实施例提供的一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，包括：多个按正方形栅格周期性排列的超材料结构单元，其中每个栅格的超材料结构单元包括第一介质板、第二金属层、第三介质板、第四金属层和第五介质板。具体地：
[0026]第二金属层设置在第一介质板与第三介质板之间，第二金属层包括金属材质的第一正方形环和耶路撒冷十字。请参阅图2，图2示出了四个第二金属层按正方形栅格周期性
排列，如图2所示，第一正方形环的中心与其所在的栅格的中心重合，第一正方形环的边与栅格对应的边缘平行间隔设置，即第一正方形环的边与栅格的边缘之间存在一定的间隔，而没有重合。耶路撒冷十字嵌设在第一正方形环的中心。如图2所示，耶路撒冷十字包括四个两两互相垂直的金属臂，四臂构成十字的主体，每个臂的前端位于栅格的中心处，末端均设有与其垂直的短边。耶路撒冷十字的四臂、四个短边与栅格对应的边缘平行，四臂中每一臂上均设有一个贴片电容。一个超材料结构单元共有四个贴片电容，四个贴片电容优选对称加载在耶路撒冷十字的四臂上，进一步地，四个贴片电阻优选均位于其所在臂的中心处。
[0027]第四金属层设置在第三介质板与第五介质板之间，第四金属层包括金属材质的第二正方形环和正方形贴片。请参阅图3，图3示出了四个第四金属层按正方形栅格周期性排列，如图3所示，第二正方形环的中心与栅格的中心重合，第二正方形环的边缘与栅格对应的边缘重合，第二正方形环的边长尺寸与栅格的边长尺寸相同。正方形贴片嵌设在第二正方形环的中心，正方形贴片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，其特征在于，包括：多个按正方形栅格周期性排列的超材料结构单元，每个栅格的超材料结构单元包括第一介质板、第二金属层、第三介质板、第四金属层和第五介质板，其中：所述第二金属层设置在所述第一介质板与所述第三介质板之间，包括金属材质的第一正方形环和耶路撒冷十字；所述第一正方形环的中心与栅格的中心重合，边与栅格的边缘平行间隔设置；所述耶路撒冷十字嵌设在所述第一正方形环的中心，所述耶路撒冷十字的四臂中每一臂上均设有一个贴片电容；所述第四金属层设置在所述第三介质板与所述第五介质板之间，包括金属材质的第二正方形环和正方形贴片；所述第二正方形环的中心与栅格的中心重合，边缘与栅格的边缘重合；所述正方形贴片嵌设在所述第二正方形环的中心，所述正方形贴片的四边中每一边均通过一个PIN管连接所述第二正方形环的对应边，四个所述PIN管的管脚极性保持一致。2.根据权利要求1所述的Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，其特征在于：设栅格周期为p，所述第一介质板的厚度h1范围为0.05p～0.1p。3.根据权利要求1所述的Ku波段透波/屏蔽状态可切换的超材料结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊君，张春波，黄修涛，丛琳，阳开华，杨帆，张昊，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：