宽带多功能层窗口吸收体的概念设计

随着雷达探测技术的发展和电磁环境的复杂化，使得天线罩隐身成为急需最难解决的隐身问题。频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)微波隐身结构由于其对电磁波频率的选择特性而应用于隐身领域，可达到薄厚度、轻质量、宽频带、强吸收结构的实际效果，以提高武器系统的作战和生存能力。传统的雷达隐身天线罩采用带通型频率选择表面共形至曲面天线罩结构上，在带内实现透波功能，在带外将探测信号反射至非威胁方向，从而实现低可探测性能^[2]。但对于双站雷达或组网雷达反隐身探测技术的出现，上述结构已不能适应复杂的电磁环境。一种具有带内传输，带外吸波性能的窗口吸收体（Rasorber）结构可应用于隐身天线罩设计中，用于缩减天线系统的雷达散射截面^。

窗口吸收体结构由多层FSS结构构成，由上至下通常由损耗层和无损耗层构成，损耗层在工作频段内为传输功能，在工作频段外为吸收功能；无损耗层在工作频段内为传输功能，在工作频段外为反射功能，整体结构对电磁波具有吸收和传输的功能。窗口吸收体结构根据吸收频段与传输频段位置划分，可分为低透高吸型窗口吸收体 (T-A: Transmission-Absorption)、高透低吸型窗口吸收体(A-T)和两边吸收中间透波型窗口吸收体(A-T-A)。对于A-T型和A-T-A型窗口吸收体，由于传输频段处于高频，吸波层在高频段往往因电阻的损耗导致在传输频段存在较大的插入损耗。因此不同团队针对该问题提出了不同的解决办法，其中包括使用插入λ/4长度阻塞门实现阻断高频电流^[4]和使用金属图案实现LC并联谐振^[5]等方法在透波频点减小插入损耗。同时大部分研究者也在集中于窗口吸收体性能的提高，其中包括高选择性能的窗口吸收体、小型化的窗口吸收体和宽带吸波透波的窗口吸收体结构。

为应对不断发展的探测技术以及日益复杂的电磁环境，如何实现宽带透波和宽带吸波是大多数研究者探究的关键问题。对于宽带透波窗口吸收体结构，主要通过低Q值阻塞门和多阻塞门设计等途径实现带内低插损结构。在损耗层上采用三个插指型谐振结构串联，将谐振频点处阻抗扩大三倍，从而达到拓宽损耗层吸波带宽的作用。同时该结构采用了二阶耦合型带通滤波器拓宽了无损层透波带宽。对于宽带吸波窗口吸收体结构，在基础双功能层窗口吸收体结构上进行改进，额外增加了损耗层用于拓宽吸收带宽。上述结构均只解决了如何拓宽吸波带宽或透波带宽，难以实现兼顾宽带吸收及宽带传输的一体化窗口吸收体结构。因此，我们提出了基于多功能层的隐身雷达罩的设计思路，用于解决宽带传输及宽带吸收一体的问题。

采用四功能代替传统的两层功能层（只包含吸波层损耗层A和透波层无损层T）设计，完成整个的窗口吸收体结构设计。该结构由TA型窗口吸收体和AT型窗口吸收体构成，TA型窗口吸收体由损耗层A1和无损层T1构成，AT型窗口吸收体由损耗层A2和无损层T2构成。外界探测电磁波从上至下入射。在低频f₁区域，损耗层A1和无损层T1有一个低频传输窗口，无损层T2作为带通滤波器提供强反射，使损耗层A2产生吸波效果。在传输频点f₂区域，损耗层A1和无损层T1与低频区域功能一致，损耗层A2和无损层T2产生带通效果，整体结构在该频点区域对电磁波为传输作用。在高频f₃区域，无损层T1作为低通滤波器在高频起到强反射作用，损耗层A1可作为损耗层产生吸波效果。此外，因无损层T1在高频的反射/屏蔽特性，下层AT型窗口吸收体在高频f3的特性不影响整个结构的性能，因此该AT型窗口吸收体可采用大周期结构设计，即使在高频产生栅瓣，对整体结构基本无影响。该整体结构根据不同吸波层独立调控低频和高频的吸波特性，达到理想的宽带吸收及透射窗口吸收体结构设计。