一种基于水的可切换超宽带吸波/透波体

1.本发明涉及一种超宽带吸波/透波体，尤其涉及一种基于介质水的可切换超宽带吸波/透波体。


背景技术：

2.随着电磁隐身技术的发展，隐身飞行器平台上的雷达天线系统以及各种射频传感器为雷达散射截面 (rcs) 的主要贡献源，其电磁隐身技术对于飞行器整体的电磁隐身至关重要。目前，国内外采用最广泛的隐身技术是在器件结构中加载频率选择表面 (frequency selective surface，fss)，进行空间滤波器工作。
3.fss是一种周期性排列的贴片或者缝隙阵列，一般为无耗结构，它与电磁波相互作用会表现出带通、带阻等滤波响应，被广泛应用在电磁隐身设计中，用来减小系统的rcs。传统的无源fss由于结构固定，其应用场合受到限制，无法实现功能的有效切换。有源频率选择表面（active frequency selective surface，afss）为fss结构上加载pin二极管之类的有源器件，通过加载pin等上的激励（比如电压或电流）大小等来改变fss结构形状，进而改变fss的电磁特性，从而功能可切换。
4.可切换型afss结构对于吸波、散射以及极化转换是电磁超常媒质频率选择吸波/透波体研究的一个重要热点。以加载pin二极管等有源器件的传统可切换频率选择吸波/透波体，不可避免地带来了结构复杂、加工难度大、偏置线路繁琐等问题。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明旨在提供一种高损耗介质组成的全介质型的可实现工作频带快速切换的基于介质水的可切换超宽带吸波/透波体。
6.技术方案：本发明所述的基于水的可重构超宽带吸波/透波体，从上往下依次设有上层介质基板、下层介质基板容器以及金属fss底板，所述下层介质基板容器上设有水通道，所述水通道的形状结构为“卍”形，四边设有短臂，每个单元通道均相互连通，呈现中心旋转对称结构。
7.进一步地，所述水通道在充满与排干的两种状态下，该结构呈现出吸波-透波功能可切换状态。
8.进一步地，所述上层介质基板与下层介质基板容器保持大小一致，二者构成密闭结构，该中间层密闭结构中可用于填充高损耗值介质的液体水。
9.进一步地，所述上层介质基板的长宽均为15
±
0.1 mm，厚度为2
±
0.1 mm，水通道的厚度为0.7
±
0.1 mm，宽度为1.8
±
0.1 mm，下层介质容器的长宽均为15
±
0.1 mm，厚度为1.2
±
0.1 mm。
10.进一步地，所述底层金属fss底板的缝隙宽度为0.4
±
0.05 mm，内部方形贴片边长为6.5
±
0.05 mm。
11.进一步地，所述下层介质基板容器的材料为聚二甲基硅氧烷；所述金属fss底板以
及介质基板看可采用光敏树脂材料、类abs材料、尼龙或玻璃纤维材料。
12.本发明通过对所述基于水介质的可切换超宽带吸波/透波体进行横、纵向的周期性排布，保证了所述单元结构的中间水介质层内部处处连通，更恰当地利用水的流动特性；同时，由于密闭结构的形状，中间水介质层呈现为变形的十字结构通道；每个通道均与相邻单元结构中的通道相连接，构成高损耗谐振腔体，此外金属fss底板实现了对电磁波的选择透过性。
13.在本发明中当通道水通过微流泵排尽时，整个结构无损耗介质，故金属fss底板起到透波作用。此时整个结构在4.1-5.9 ghz频段内透波，其余频段均为反射；而当通道中注满水时，水因其独特的色散特性使得整个结构在3.8-5 ghz处具有透波特性，而在10-18 gh在处呈现吸波特性。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）可实现电磁波吸收/透波频带的快速切换，本发明通过水介质的高损耗性能，以水的色散特性为基础，通过对水的流量调控，实现了电磁波吸收/透波频带的快速切换，更贴合隐身系统中“智能化”选择；相对于传统的吸波/反射体加载pin管有源器件实现可切换来说，本发明观点新颖，极具创新且结构更为简单，制备更为方便；（2）本发明通过水介质对电磁波的高损耗以及其优良的流动性，构建了吸波/反射一体化结构，并实现良好阻抗匹配，达到低剖面的超宽带性能；（3）本发明满足大角度性能，对于斜入射在0
°
~45
°
范围内的te、tm电磁波，其吸波频段能保持90%的吸波率，即反射系数s
11
小于-10 db；其反射波频段能保持90%以上的反射率，即s
11
大于-1 db。
附图说明
15.图1是本发明基于水介质的可切换超宽带吸波/反射体周期结构分层结构示意图；图2是本发明基于水介质的可切换超宽带吸波/反射体的下层介质基板容器结构示意图；图3是本发明基于水介质的可切换超宽带吸波/反射体周期结构侧视图；图4是本发明基于水介质的可切换超宽带吸波/反射体的金属fss底板结构示意图；图5是结构无水时的透射/反射(s21/s11)曲线图；图6是结构有水时的透射/反射(s21/s11)曲线图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
17.图1中的附图标记为：1-上层介质基板，2-下层介质基板容器，3-金属fss底板。
18.如图1所示，本发明所述的基于水的可重构超宽带吸波/透波体，从上往下依次设有上层介质基板1、下层介质基板容器2以及金属fss底板3，所述下层介质基板容器3上设有水通道，所述水通道的形状结构为“卍”形，四边设有短臂，每个单元通道均相互连通，呈现中心旋转对称结构。
19.整个单元结构的边长为15 mm，整体高度为3.918 mm。如图3-4所示，上层介质基板1的长宽均为15 mm，厚度h1为2 mm；金属底板3的厚度是0.018 mm，缝隙宽度g为0.4 mm，内
部方形贴片边长ls为6.5 mm；所述下层介质容器2的长宽p均为15 mm，厚度h3为1.2 mm，下层介质基板容器2采用微流加工技术，使用介电常数为2.72，损耗角正切为0.0027的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, pdms），构建出中心为变形十字形状的水层通道（如图2所示），水层深度为0.7 mm，水层通道宽度w为1.8 mm，中心十字型通道的长度l为11 mm。
20.如图5与图6所示，当通道内无水时，整个结构在4.1-5.9 ghz频段内透波，其余频段均为反射；而当通道中注满水时，水因其独特的色散特性使得整个结构在3.8-5 ghz处具有透波特性，而在10-18 gh在处呈现吸波特性。并且根据结果可知，该结构有着良好的角度稳定性，入射角能够达到30度。其中所使用的水介质 (采用德拜模型，debye model) 工作在室温 (25℃) 和一个标准大气压下。对于斜入射在0
°
~ 45
°
范围内的te、tm电磁波，其吸波频段能保持90%的吸波率，即反射系数s
11
小于-10 db；其反射波频段能保持90%以上的反射率，即s
11
大于-1 db。
21.本发明中水通道需设计成“卍”结构。对于介质基板而言，并非必须采用光敏树脂材料，也可以是类abs材料、尼龙、玻璃纤维材料等电磁损耗较高材料，其相对介电常数和厚度满足良好阻抗匹配。