一种宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮

本发明涉及人工电磁超表面、雷达罩设计以及电磁兼容与隐身领域，特别是涉及一种宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮。

背景技术：

1、随着雷达探测与射频天线技术的飞速发展，多频、宽带天线在现代雷达隐身平台中的应用日益成熟。射频孔径作为隐身平台上的强散射源，其探测与隐身的一体化集成设计成为了现代航空隐身技术的关键。传统电磁超表面或天线罩结构往往存在工作带宽窄、角度稳定性差以及不可重构等局限性。此外，由于机载雷达罩等隐身应用需与低散射低姿态平台紧密集成，若超表面单元周期过大，极易在倾斜或大角度掠入射时引发栅瓣效应和强后向散射，从而恶化平台的单站雷达散射截面（rcs）。因此，如何在保证超表面单元小型化和高角度稳定性的前提下，引入能量损耗机制和有源可重构机制，实现带内通信窗可独立调控、带外宽带高效吸反一体化，是目前隐身材料领域亟待解决的技术痛点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，以兼顾机载雷达系统的探测-隐身一体化与多功能集成需求。本发明通过空间层状几何拓扑及层间耦合设计，在实现单元小型化的同时，无需引入复杂的额外馈电网络，即可完成带内通信透射带的有源开关重构，且带外高频具备宽带高屏蔽与高效吸波特性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供的一种宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮括多个周期性排布的超表面单元，所述的超表面单元包括：电阻膜吸收层、第一双面覆铜pcb板、第二双面覆铜pcb板、第三双面覆铜pcb板以及表贴于所述第三双面覆铜pcb板的有源器件。

4、所述的电阻膜吸收层上表面为丝网印刷制作而成的碳浆正方形电阻膜阵列，方阻为130 ω / sq，用以引入带外高频处的能量损耗机制。

5、所述第一双面覆铜pcb板包括上层金属结构和下层金属结构，所述第二双面覆铜pcb板包括上层金属结构和下层金属结构，所述第三双面覆铜pcb板包括上层金属结构和下层金属结构，其中所述上层金属结构与下层金属结构之间、以及上层金属结构与下层金属结构之间分别通过其重合面积在垂直方向上形成层间耦合电容。

6、所述上层金属结构和下层金属结构为完全相同的十字形网栅金属结构。

7、所述的电阻膜吸收层、第一双面覆铜pcb板、第二双面覆铜pcb板和第三双面覆铜pcb板从上到下依次层压设置，且相邻层级之间均通过厚度为1.7 mm的氰酸酯预浸料（相对介电常数3.28，损耗角正切0.0067）进行紧密粘接填充。

8、所述的电阻膜吸收层、第一双面覆铜pcb板、第二双面覆铜pcb板和第三双面覆铜pcb板的介质基板均为厚度为0.127 mm的f4b265介质基板（相对介电常数2.65，损耗角正切0.001）。

9、所述上层金属结构1与下层金属结构2之间、以及上层金属结构5与下层金属结构6之间，各自在垂直方向上具有特定的重合截面积；在介质基板两端电势差的作用下，分别在所述的第一双面覆铜pcb板与所述的第三双面覆铜pcb板的介质内部激发出强烈的层间局部电场，构建出较大的层间耦合电容，从而大幅降低超表面整体的本征谐振频率，实现小型化设计。

10、所述的有源器件为肖特基二极管，其两端引脚表贴焊接于下层金属结构6相邻单元金属结构的窄缝隙处；所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮整体全阵列通过将金属结构旋转45°进行排布，直接利用下层金属结构6的串-并联金属链条作为直流偏置总线，在不引入任何额外外部馈电网络的前提下，实现全阵面有源状态的开关重构

11、可选地，所述宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮具有极化不敏感特性。

12、可选地，所述宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮具有优秀的角度稳定性，在大角度甚至掠入射时能保持良好的带外屏蔽效能。

13、可选地，所述宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮具有宽带特性。

14、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

15、本发明通过在相邻金属层级之间设计特定的几何交叠，在介质内部激发出强烈的层间局部电场以构建出较大的层间耦合电容，使单元在不依赖大水平周期的前提下实现了0.052λl × 0.052λl × 0.06λl的小型化拓扑，在高达60°的空间大角度斜入射下仍能保持极其稳定的电磁响应，有效避免了传统结构在掠入射时引发的栅瓣效应；同时，在下层金属结构6的窄缝隙处加载肖特基二极管，在截止状态下利用其结电容与缝隙电容并联叠加优化阻抗匹配，使透射带精确位于2.8 ~ 3.5 ghz频段且带内插入损耗小于1 db，保证了天线孔径的高效探测，而导通时则通过低阻抗短路彻底破坏谐振条件，令通信窗口完全关闭且透射系数降至-19 db以下，实现了带内透反功能的独立重构；此外，最顶层引入方阻为130ω / sq的正方形碳浆电阻膜，为带外高频引入了优异的损耗衰减机制，使其在13.3 ~ 18ghz频段内的电磁波吸收率大于90%。全阵列通过将金属结构旋转45°排布，直接利用串-并联金属结构构建直流偏置总线进行有源馈电，无需引入任何额外的外部馈电红线或背板馈电柱，不仅极大地简化了加工工艺、降低了剖面，更彻底避免了额外偏置网络在高频段引发的寄生散射和波束畸变，显著提升了全阵列的隐身功能集成度。

1.一种宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，包括：电阻膜吸收层、第一双面覆铜pcb板、十字网栅金属层、第二双面覆铜pcb板以及表贴于第二双面覆铜pcb板的有源器件；

2.根据权利要求1所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，电阻膜吸收层由丝网印刷于f4b265介质基板上的正方形碳浆电阻膜组成，所述碳浆电阻膜的方阻值为130 ω / sq。

3.根据权利要求1所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，所述第一双面覆铜pcb板、第二双面覆铜pcb板和第三双面覆铜pcb板中所使用的介质基板材料均为f4b265，每层介质基板的厚度均为0.127 mm。

4.根据权利要求1所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，所述第二双面覆铜pcb板中的上层金属结构和下层金属结构为完全相同的十字形网栅金属结构。

5.根据权利要求1所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，所述可重构蒙皮的所有层级金属几何结构相对于单元中心均具有四重旋转对称特性，以实现对入射电磁波的极化不敏感特性。

6.根据权利要求1所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，有源器件为肖特基二极管，肖特基二极管焊接于相邻的单元金属结构之间；在蒙皮的顶部和底部分别加载直流馈电线，通过改变偏置电压实现全阵面肖特基二极管同时导通或截止的独立开关调控。

7.根据权利要求1-6任一所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，当外加偏置电压为零或无外加电压时，所述有源器件处于截止状态，可重构蒙皮在2.8 ~ 3.5ghz工作频段内处于低插损透射状态，带内插入损耗小于1 db；当频率升高至带外高频段时，可重构蒙皮切换为屏蔽与吸收状态，在13.3 ~ 18 ghz频段内的电磁波吸收率大于90%。

8.根据权利要求1-6任一所述的宽带宽角域吸透反一体可重构蒙皮，其特征在于，当外加偏置电压大于同一支路中所有有源器件的导通压降之和时，所述有源器件处于导通状态，所述带内透射窗口关闭，可重构蒙皮在2 ~ 18 ghz全频段内均表现为强屏蔽反射或吸收状态，带内透射系数低于-19 db。