本发明属于微波技术领域，涉及加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，可应用于电磁干扰、电磁辐射等电磁防护领域中。
背景技术
1952年，mit辐射实验室的w.w.salisbury发明了以自己名字命名的物理吸波结构，之后相继出现了jaumann吸波体和电路模拟吸波体。目前研究人员研究较多的是salisbury吸波屏，salisbury吸波屏主要是由高阻表面、介质和金属地板组合而成，其厚度大致为中心频率对应波长的四分之一。salisbury吸波屏有结构简单、吸波带宽窄的特点。
频率选择表面(fss)是一种能够对电磁波进行反射或者透射的二维周期性表面，它本身并不吸收能量，却能够有效地控制电磁波的反射和透射性能。频率选择表面按照对电磁波的频率响应特性可以分为两类：一类是带阻型频率选择表面，其对阻带内的电磁波呈现出全反射特性；另一类是带通型频率选择表面，其对通带内的电磁波呈现出全透射特性。由于这种独特的空间滤波特性，频率选择表面在工程领域具有很大的应用价值，其中一个重要应用方向就是电磁防护领域。
近年来，随着微波技术的不断发展，突破吸波结构在低频端的吸收瓶颈，拓宽吸波带宽已经成为电磁吸波领域亟待解决的问题。考虑到实际应用环境，电磁波并不是理想的垂直入射，而是从各个方向随意入射到吸波屏，所以入射角度稳定性也是电磁吸波屏领域亟待解决的问题。关于吸波屏吸波带宽的拓宽方面的研究已有很多人给出了有效地解决方案，例如2015年，喻易强等人在electroniccomponentsandmaterials第34卷第6期发表了一篇名为嵌入频率选择表面的salisbury吸波屏设计的文章，公开了一种在salisbury吸波屏的介质中加载频率选择表面的吸波屏，该吸波屏由自上而下依次层叠的三层介质板组成，顶层介质板的上表面印制有高阻表面，底层介质板的下表面印制有金属地板，在中间层介质板的上表面印制有由两个方环贴片嵌套起来构成的回字型结构，并且在回字型结构的各个边上设置一个矩形缝隙，缝隙上加载有贴片电阻，由高阻表面、介质和接地板组成的salisbury吸波屏结构，其中高阻表面可以让入射到吸波结构的电磁波几乎无损耗的入射进吸波结构，金属地板起反射的作用，让入射进来的电磁波经过四分之一波长的路程后再原路返回，使得电磁波走过的总路程为半波长，达到电磁波入射波和反射波之间相互抵消的作用，该设计利用周期性排列的金属贴片单元设计的灵活性，可以在自己需要的频段内设置谐振频点和多种结构结合提供多个谐振频点的特性，再结合salisbury吸波屏的吸波特性，最终达到了在3.5ghz～18.5ghz频率范围内(相对带宽为136％)有效吸波的宽带吸波效果。然而该设计在吸波屏入射角稳定性方面仍有改进的空间。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，用于解决现有技术存在的各个角度电磁波入射情况下吸波屏稳定性较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，包括自上而下依次层叠的第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3；所述第一介质板1的上表面印制有高阻表面4；所述第二介质板2的上表面印制有m×n个周期性排布的反射单元5，其中，m≥3，n≥3，该反射单元5采用包括由第一方环贴片51和嵌套在第一方环贴片51环内的第二方环贴片52组成的回字型结构，所述第一方环贴片51的四个边上各设置一个矩形缝隙，缝隙上加载有第一贴片电阻r153，所述第二方环贴片52的四个边上各设置一个矩形缝隙，缝隙上加载有第二贴片电阻r254；所述第三介质板3的下表面印制有金属地板6；所述第一方环贴片51四个边的内侧或外侧设置有关于第一贴片电阻r153对称的多对金属枝节；所述第二方环贴片52四个边的内侧或外侧设置有关于第二贴片电阻r254对称的至少一对金属枝节。
上述加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，所述第一方环贴片51，其四个边上设置的矩形缝隙，位于各边长度方向的中间位置；所述第二方环贴片52，其四个边上设置的矩形缝隙，位于各边长度方向的中间位置。
上述加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，所述第一方环贴片51，其四个边上设置的多对金属枝节，位于该第一方环贴片51的内侧；所述第二方环贴片52，其四个边上设置的至少一对金属枝节，位于该第二方环贴片52的内侧。
上述加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，所述第一方环贴片51，其四个边上加载的第一贴片电阻r153的长度方向与所在边的长度方向垂直，四个边内侧设置的多对金属枝节的高度从中间向两侧等梯度递减，且最长金属枝节的高度小于第一贴片电阻r153的长度；所述第二方环贴片52，其四个边上加载的第二贴片电阻r254的长度方向与所在边的长度方向垂直，且最长金属枝节的高度小于第二贴片电阻r254的长度。
上述加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，所述第一方环贴片51和第二方环贴片52，其相邻边内侧的金属枝节不重叠。
上述加载fss的超宽带角度稳定salisbury吸波屏，所述第二方环贴片52，其两条对角线与第一方环贴片51的两条对角线重合。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明组成反射单元的两个方环形贴片的四个边的内侧或外侧设置多对或一对金属枝节，金属枝节关于所在边上加载的电阻对称，高度从中间向两侧等梯度递减，且最长金属枝节的高度小于对应贴片电阻的长度，所有的金属枝节不重叠，形成完全中心对称结构，对入射电磁波的吸波性能不随入射角的变化而变化，与现有技术相比，有效提高了吸波屏的入射角稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明反射单元的结构示意图；
图3为本发明与现有技术在0～35ghz频段内的反射系数仿真对比图；
图4为本发明与现有技术在0～40ghz频段内入射角在0～45°范围内的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，整体结构包括自上而下依次层叠的第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3。
所述第一介质板1的上表面印制有高阻表面4，高阻表面选用377ω/square的薄膜电阻，因为该薄膜电阻阻值与空间波阻抗的阻值相同，从而电磁波可以几乎无损耗的进入吸波结构。
所述第二介质板2的上表面印制有m×n个周期性排布的反射单元5，其中，m＝n＝10，各反射单元之间的距离为0.4mm，参照图2，该反射单元5采用包括由第一方环贴片51和嵌套在第一方环贴片51环内的第二方环贴片52组成的回字型结构，且第一方环贴片51的边长l1为10.4mm，环宽w1为0.4mm，第二方环贴片52的边长l2为2.8mm，环宽w2为0.4mm，且第二方环贴片52的两条对角线与第一方环贴片51的两条对角线重合，该回字型结构用于产生两个谐振频点，第一方环贴片51和第二方环贴片52的尺寸参数是根据贴片的平均周长和它所对应的谐振频率对应的波长相等的原理来确定的，在第一方环贴片51四个边长度方向的中间位置设置一个矩形缝隙，该矩形缝隙上加载有位于第一方环贴片51内侧的长l3为2mm，宽w3为1.2mm的第一贴片电阻53，该第一贴片电阻r153的长度方向与所在边的长度方向垂直且第一贴片电阻r153的长度不能超过第一方环贴片51和第二方环贴片52的间距，电阻r1为20ω，在第二方环贴片52四个边长度方向的中间位置设置一个矩形缝隙，该矩形缝隙上加载有位于第二方环贴片52内侧的长l4为1.1mm，宽w4为0.2mm的第二贴片电阻54，该第二贴片电阻r254的长度方向与所在边的长度方向垂直且第二贴片电阻r254的长度不能超过第二方环贴片52内方向贴片边长的一半，电阻r2为300ω，第一贴片电阻53和第二贴片电阻r254分别采用型号为0805和0402的贴片电阻，加载的第一贴片电阻53和第二贴片电阻54都是用于对入射到吸波结构的电磁波进行消耗，在第一贴片电阻r153的两侧间隔为s1为0.4mm处对称得设置两对金属枝节，并且第一贴片电阻r153的长度与紧邻第一贴片电阻r153的金属枝节的高度差和这两对金属枝节的高度差相等，即h1＝0.7mm，且第一贴片电阻r153两侧设置的金属枝节互不重叠，在第二贴片电阻r254的两侧间隔为s2为0.2mm处对称得设置一对金属枝节，并且第二贴片电阻r254的长度与相邻金属枝节的高度差和该金属枝节与该边的高度差相等，即h2＝0.35mm，且第二贴片电阻r254两侧设置的金属枝节互不重叠，所有的金属枝节和各金属枝节的加载方式都是为了增加反射单元5的对称性，加载的金属枝节和贴片电阻都位于方环贴片的内侧是为了减小反射单元5的面积，提高结构的利用率，相邻金属枝节不重叠是因为如果枝节重叠了则角度稳定性变差。
所述第三介质板3的下表面印制有金属地板6，金属地板选用金属铜，金属铜可以对入射进来的电磁波进行反射，让入射进来的电磁波经过四分之一波长的路程后再原路返回，使得电磁波走过的总路程为半波长，达到电磁波入射波和反射波之间相互抵消的作用。
所述第一介质板1和第三介质板3，采用介电常数均相同的正方形板材，其厚度分别为h1＝3.4mm、h3＝0.8mm，边长d＝10.8mm，介电常数为1.1，这两个介质板起到支撑整个吸波结构的作用，所述第二介质板2也采用正方形板材，其厚度h2＝0.8mm，边长d＝10.8mm，介电常数为2.65，根据工业实际，对于pcb板来说，其本身的参数及介电常数是相对固定的，我们选择f4b(介电常数为2.65，厚度为0.8mm)，整个吸波结构的厚度是根据设计的吸波结构的吸波频段来确定的，因为我们想要设计一种能够实现8.99ghz～34.66ghz频段范围内有效吸波的超宽带角度稳定吸波结构，我们利用salisbury吸波屏的厚度和它工作的中心频率对应的波长之间有1/4的关系，最终可以确定salisbury吸波屏的厚度为5mm，在加载fss的salisbury吸波结构单元里，fss呈现全反射特性，可以将其视为一个反射面，产生一个吸收峰，所以确定fss的位置时，不单单要考虑fss自身谐振特点，还要考虑高阻表面4到fss的距离与fss的工作频率对应波长是否匹配，因为在加载fss后，吸波结构本身受到一定程度影响，响应曲线与预估值会有一定偏差，所以在确定加载位置以后要结合具体情况来调整fss的尺寸，最终将回字型结构加载在距离高阻表面4为3.4mm的位置，因为第二介质板2的厚度是固定的，所以h3的厚度是0.8mm。
整个吸波结构的工作过程可以分为两部分，一是电磁波几乎无损耗得进入吸波结构，也就是高阻表面4起到的作用，二是进入到吸波结构的电磁波能被损耗掉，也就是金属地板6和加载的所有的贴片电阻共同作用起到的效果，其中本发明设计的超宽带角度稳定吸波中的超宽带主要是在现有技术的基础上将第一方环贴片51的平均周长增大和将第二方环贴片52的平均周长缩小，以此来达到扩展带宽的目的，角度稳定是通过加载的呈一定规律分布的金属枝节来提高整个结构的中心对称性来实现的。
以下结合仿真试验，对本发明的技术效果作进一步说明：
1、仿真条件和内容：
利用商业仿真软件hfss_15.0对现有技术和本发明在0～40ghz频段内入射电磁波的反射系数进行仿真计算，结果如图3所示，该图为现有技术和本发明的反射系数仿真对比图，并且对实施例在0～45°角域内的反射系数进行仿真计算，结果如图4所示，图4(a)为现有技术在0～45°角域内的反射系数图，图4(b)为本发明在0～45°角域内的反射系数图。
2、仿真结果分析：
参照图3，实施例的中心频率为21.8ghz，-8db吸波带宽频率范围为8.99ghz～34.66ghz，绝对带宽为25.67ghz，实现了超宽带吸波特性，相比较原有技术的中心频率为11ghz，-8db吸波带宽频率范围为3.5ghz～18.5ghz，绝对带宽为15ghz，本发明将绝对带宽提高了10.67ghz，从而有效地拓宽了吸波结构的吸波带宽。
参照图4，由图4(a)和图4(b)中曲线的走势，可以很清楚得看出图4(b)中曲线的走势相对于图4(a)中曲线的走势更加一致，说明图4(b)即本发明设计的结构具有良好的入射角角度稳定性，达到了我们设计的初衷。
以上仿真结果说明，本发明实现了超宽带角度稳定吸波特性。
以上描述仅是本发明的实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。