一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件

本发明涉及电磁防护，尤其涉及一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件。

背景技术：

1、电子信息系统正朝着高集成度与强电磁环境适应性的方向快速演进，对天线罩及电磁窗口结构提出了传输、隐身与强防护功能深度融合的迫切需求。以隐身平台和高可靠通信节点为例，电磁窗口不仅要在2.17～2.2ghz工作频段内保持低损耗透波，以保证正常通信，还需在特定波段实现宽带高效吸收，从而大幅缩减雷达散射截面；同时，在受到高功率微波辐照时，必须能够瞬间建立起高隔离度的电磁屏障，保护后端敏感电路。面对如此复杂的多功能一体化要求，传统设计手段已难以满足，如何在确保正常信号传输的前提下，兼具宽带隐身与宽带强防护能力，成为当前亟待解决的核心技术问题。

2、针对强电磁脉冲的防护，现有技术主要分为后门加固和前门防御两类手段。其中，后门加固依赖屏蔽、接地等传统措施，虽然在原理上较为成熟，但工程实现中往往需要对整机进行系统性的电磁兼容整改，这会导致设计难度显著增加，且极易引起信号完整性问题，最终造成系统集成度下降。在直接面对空间电磁能量耦合的前门防御方面，常用限幅器和衰减器进行强电磁脉冲防护工作；该措施虽能抑制高峰值功率，却会严重恶化接收通道的信噪比，导致正常信号畸变甚至被淹没；而前门防御中采用频率选择表面则仅能依据预设的频率特性进行滤波，其响应与入射功率无关，因此缺乏自适应能力，无法抵御落入其通带内的强电磁脉冲攻击。

3、能量选择表面作为一种前沿的电磁防护技术，利用场致非线性阻抗变换原理，将非线性器件融入表面结构之中，能够实时感知入射波功率并自适应地切换阻抗状态。在低功率环境下，能量选择表面保持低损耗传输，确保通信信号畅通；当遭受强电磁脉冲激励时，可在纳秒时间尺度内转变为高阻态，对威胁信号实施瞬态阻断。这种功率自适应特性赋予了能量选择表面独特的防护优势，但目前已有的能量选择表面方案多存在功能单一的问题，难以同时满足通带传输、带外宽频防护及宽带吸波隐身等多重功能。

4、经检索，现有公开文献中未见将频率选择表面宽带滤波、能量选择表面自适应防护与宽带吸波结构有机融合，并实现兼具宽带强电磁防护与x波段隐身功能的前门防护器件的相关记载。因此，研发一种前门防护器件，能够无需对整机电子信息系统开展复杂电磁兼容整改，即可实现通信传输、宽带电磁防护、雷达隐身与高功率自适应抗扰的多功能一体化集成，解决了现有防护技术无法兼顾多性能协同、通信信号易畸变、通带强脉冲无法防护、系统集成度低、工程落地难度大的核心技术难题，是本领域技术人员努力的方向。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件，通过将频率选择表面的频域滤波特性、能量选择表面的功率自适应限幅能力以及x波段宽带吸波结构进行多层一体化集成，实现了在低功率条件下保障固定频段信号的低损耗通过和x波段宽带高效吸波隐身，在高功率辐照条件下于透波频带内形成高效防护，并为宽频带提供有效防护，进而使单一电磁窗口同时具备低损耗传输、宽带强电磁防护与x波段隐身的功能，显著降低前门防护的设计复杂度，提升了墙门防护应用的集成度和复杂电磁环境适应能力。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件，包括：多个周期性排列的复合防护单元；

4、任一复合防护单元均包括第一防护层、第二防护层、第三防护层和第四防护层，第一防护层、第二防护层、第三防护层和第四防护层按序同轴心且平行间隔设置；第一防护层和第二防护层为频率选择表面，第三防护层和第四防护层为能量选择表面；

5、复合防护单元用于在第一电磁环境中低插入损耗透过通信频段信号，同时对通过的x波段电磁波进行宽带吸波；在第二电磁环境中，激发第三防护层与第四防护层并由常态转换为隔离状态，根据第一预设功率阈值在透波频带内形成防护，并根据第二预设功率阈值提供宽带防护。

6、上述的器件，可选的，第一电磁环境为射向复合防护单元的电磁波频率低于第一频率的电磁波入射环境；第二电磁环境为射向复合防护单元的电磁波频率高于第二频率的电磁波入射环境；其中第二频率大于第一频率。

7、上述的器件，可选的，第一防护层包括第一衬底介质基板、印刷在第一衬底介质基板上表面的第一防护电路结构和印刷在第一衬底介质基板下表面的第二防护电路结构，第二防护层包括第二衬底介质基板、印刷在第二衬底介质基板上表面的第三防护电路结构、印刷在第二衬底介质基板下表面的第四防护电路结构，第三防护层包括第三衬底介质基板、印刷在第三衬底介质基板上表面的第五防护电路结构，第四防护层包括第四衬底介质基板、印刷在第四衬底介质基板上表面的第六防护电路结构。

8、上述的器件，可选的，第一防护层中，第一防护电路结构与第二防护电路结构的结构相同；其中，第一防护电路结构为对称结构，包括四个为中心对称且带宽相同的第一弧形金属条带，任一第一弧形金属条带与相邻两侧的第一弧形金属条带之间均设有间隙，间隙中设有电阻用以连接相邻的第一弧形金属条带。

9、上述的器件，可选的，第二防护层中，第三防护电路结构中心设置有形状为耶路撒冷十字形结构的开槽结构，第四防护电路结构为正方形金属结构。

10、上述的器件，可选的，第三防护层和第四防护层结构相同；

11、第三防护层中，第五防护电路结构包括按3×3排列分布的9个金属条带单元，任一金属条带单元均包括通过二极管连接、上下对称的两组金属条带组，每一金属条带组包括第一直金属条带、第二直金属条带、带宽相同的第三梯形金属条带和第四梯形金属条带；

12、其中，第一直金属条带的中点与第二直金属条带的一端垂直连接，形成t字形金属条带结构；第三梯形金属条带与第四梯形金属条带的侧边与第二直金属条带另一端的两侧长边分别连接形成三岔形金属条带结构，且第三梯形金属条带与第四梯形金属条带以第二直金属条带为轴对称，第三梯形金属条带与第四梯形金属条带形成的岔口朝向第一直金属条带，第三梯形金属条带与第四梯形金属条带的未连接侧边与第一直金属条带内边平行。

13、上述的器件，可选的，第一防护电路结构中连接任意相邻的第一弧形金属条带的电阻与第二防护电路结构中连接任意相邻的第二弧形金属条带的电阻比值为3:1。

14、上述的器件，可选的，任一金属条带单元中的二极管型号均为smp1330-040lf。

15、上述的器件，可选的，第一防护电路结构、第二防护电路结构、第三防护电路结构、第四防护电路结构、第五防护电路结构和第六防护电路结构均采用铜材料制成，厚度均为0.035mm。

16、可选的，上述任一项所述的一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件中，多个复合防护单元按照m行×n列的二维阵列排布，其中m≥2，n≥2，且m和n均为正整数；任一防护器件复合单元均为正方形结构，其边长p满足：12mm≤p≤20mm。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种兼顾宽带防护与宽带吸波的电磁前门防护器件，具有以下有益效果：

18、（1）多工况兼容适配：通过频率选择表面与能量选择表面的多层复合结构设计，可适配高低功率两种工作工况，在低功率入射条件下，兼容实现2.17～2.2ghz工作频段高效透波、带外宽带电磁防护及x波段高效吸波多重功能，同时可在高功率激励状态下，于工作频段内实现自适应瞬态电磁防护，工况适配性与功能集成性优异；

19、（2）高功率强效防护：高功率运行工况下，该多层复合电磁结构在2.17～2.2ghz工作频段内防护效能可达40db以上，可高效阻断高功率电磁攻击，有效规避后端电子电磁设备受损风险，保障强电磁复杂环境下电子设备稳定运行，确保通信链路持续可靠；

20、（3）低损隐身防护一体：低功率运行工况下，结构在2.17～2.2ghz工作频段内插入损耗不高于-1db，实现低损耗高效透波；在1～12ghz带外区间可实现平均28db的宽带电磁防护，且x波段吸波率可达99%以上，有效缩减目标雷达散射截面，兼顾通信透传、电磁防护与雷达隐身多重性能；

21、（4）集成降本易落地：采用频率选择与能量选择表面一体化复合结构，无需对电子信息系统开展复杂电磁兼容整改，即可实现信号传输、电磁防护、雷达隐身功能一体化集成，大幅降低系统整体设计与改造难度，有效提升电子信息系统的集成度与落地实用性。