基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏制造技术

本发明专利技术公开了一种基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏，通过改变变容管的电容值来控制贴片之间的缝隙电容，从而使得周期单元有多个连续的频率点，且每相邻的两个频段的相位差满足143°~217°，因此实现上述周期结构在很宽的频段内对入射电磁波的吸收，实现宽带相位调制屏，相对带宽为45.2%。本发明专利技术采用的人工磁导体结构，结构简单，易于加工，且厚度小于工作波长的二十分之一，体积和成本大大降低。

Reconfigurable Wideband Phase Modulation Screen Based on Artificial Magnetic Conductor

【技术实现步骤摘要】
基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏
本专利技术属于微波电路
，尤其涉及一种基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏。
技术介绍
雷达散射截面（RadarCrossSection，RCS）是目标在雷达波的照射下产生的回波强度的一种物理量。雷达吸波材料（RadarAbsorbingMaterial，RAM）应用的较为广泛。雷达吸波材料将电磁波能量转化为电能，从而减少能量的反射达到隐身的需求。相位调制屏和其他雷达吸波材料的工作原理不一样，可以将入电磁波的能量进行频率偏移，使反射信号落在雷达接收机通带范围之外，从而降低反射率。传统的相位调制屏是由金属板，四分之一波长的介质隔层和周期贴片阵列组成，厚度较厚。人工磁导体（ArtificialMagneticConductor，AMC）作为一种超材料，其具有在特定频率范围内对平面波呈现同相反射的电磁特性，可以有效的解决厚度问题，成为新型的吸波材料。2007年，Paquay等人将AMC应用于减小目标RCS，将AMC与PEC以棋盘的形式分布，利用两者的反射相位差180°，使得电磁波在AMC和PEC的交界面实现等幅度的相互抵消，达到降低目标RCS的目的。有源器件的使用可以实现可重构相位调制屏，通过控制变容管的电容值，可以产生多个连续的同相反射点，从而改变了AMC的表面阻抗。利用变容管的可调性，实现人工磁导体在某个频点f的表面阻抗在R1→∞Ω和R2→0Ω之间切换，从而使得反射系数在ρ1→+1和ρ2→-1之间切换，因此，相位调制屏在一个周期T内的反射系数Γ为0，在该频点f处对电磁波实现完美的吸收。Γ=1/T(τρ1+(T-τ)ρ2)=0。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏，可用于实现对入射电磁波的吸收。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种人工磁导体，由若干中心对称的人工磁导体单元二维周期排布组成；所述人工磁导体单元包括上层金属贴片、中间的介质基板、下层金属地面、变容管组和电容组；上层金属贴片由中心的方形金属贴片和第一方环金属贴片、第二方环金属贴片组成，印制在介质基板上方，底面设置金属地面；方形金属贴片与第一方环金属贴片之间由四个变容管相连接，两个方环金属贴片之间用四个电容连接，变容管和电容的两端有与其封装尺寸相同大小的金属贴片；中心的方形金属贴片通过单元中心位置处的金属化通孔，穿过介质基板与介质基板的下表面的金属地面连接，周期排布的人工磁导体的每个单元的中心方形金属贴片相连接；周期排布的人工磁导体的每个单元的第二方环金属贴片相连接。进一步地，变容管组由第一变容管、第二变容管、第三变容管和第四变容管组成，分别焊接在方形金属贴片与第一方环金属贴片之间的右边、下边、左边、上边；电容组由第一电容、第二电容、第三电容和第四电容组成，分别焊接在第一方环金属贴片与第二方环金属贴片之间的右边、下边、左边、上边，且都位于介质基板的上面。进一步地，方形金属贴片在人工磁导体单元垂直投影下的长度、第一方环金属贴片在人工磁导体单元的垂直投影下的长度、与第二方环金属贴片在人工磁导体单元的垂直投影下的长度、第一变容管、第三变容管的长度之和以及第一电容、第三电容的长度之和，等于人工磁导体单元的垂直投影长度。进一步地，所述方形金属贴片周长为λeff/2，其中，λeff=λ0/(εr+1)^0.5，λ0为自由空间的波长。进一步地，所述介质基板的介电常数εr为2.2~10.2，厚度为0.05*λg，其中，λg=λ0/εr^0.5，λ0为自由空间的波长。一种基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏，基于人工磁导体构建相位调制屏，控制人工磁导体上的变容管的电容，使得入射电磁波在不同的频率处分别呈反相反射和同相反射两种状态，中心频率可以实现连续切换，实现宽带相位调制屏。进一步地，通过控制变容管的电容来改变人工磁导体同相反射点的位置，使得周期单元有多个连续的频率点，且每相邻的两个频段的相位差满足143°~217°，实现对雷达隐身的效果。有益效果：本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）通过控制变容管的电容值，可以在多个连续频率实现同相反射，实现宽带相位调制屏，且频点可以自由切换，可以有效地控制每个频段，达到隐身效果，可调性强。（2）采用介质基板的总厚度约为工作波长的二十分之一，与传统的相位调制屏相比，其厚度降低了80%。附图说明图1是本专利技术的包含若干人工磁导体单元的相位调制屏的周期结构示意图；图2是人工磁导体单元的三维示意图；图3是人工磁导体单元的侧视图；图4是相位调制屏的工作原理示意图；图5是相位调制屏在变容管处于不同电容值时反射系数的相位曲线图；图6是相位调制屏在每个频段吸收值的曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示，本专利技术所述的基于人工磁导体的可重构宽带相位调制屏由若干中心对称的频率可调的人工磁导体单元15以方型晶格的形式进行二维周期排布组成。如图2所示，人工磁导体单元15包括上层金属贴片、中间的介质基板、下层金属地面、变容管组和电容组。上层金属贴片由中心的方形金属贴片1和第一方环金属贴片2、第二方环金属贴片3组成，并印制在介质基板13上方，底面设置金属地面14。方形金属贴片与方环金属贴片之间由四个变容管相连接，两个方环金属贴片之间用四个电容连接；变容管和电容的两端有与其封装尺寸相同大小的金属贴片。变容管组由第一变容管5、第二变容管6、第三变容管7和第四变容管8组成，分别焊接在方形金属贴片1与第一方环金属贴片2之间的右边、下边、左边、上边；电容组分别由第一电容9、第二电容10、第三电容11和第四电容12组成，分别焊接在第一方环金属贴片2与第二方环金属贴片3之间的右边、下边、左边、上边，并且都位于介质基板13的上面。中心的方形金属贴片1在人工磁导体单元15垂直投影下的长度、第一方环金属贴片2在人工磁导体单元15的垂直投影下的长度、与第二方环金属贴片3在人工磁导体单元15的垂直投影下的长度、变容管5、7的长度之和以及电容9、11的长度之和（包括预留的焊接长度），等于人工磁导体单元15的垂直投影长度。如图3所示，中心的方形金属贴片1通过单元中心位置处的金属化通孔4，穿过介质基板13与介质基板的下表面的金属地面14连接，使得周期排布的人工磁导体的每个单元的中心方形金属贴片相连接。金属化通孔4贯穿介质基板13，其半径为总厚度的三分之一。周期排布的人工磁导体的每个单元的第二方环金属贴片相连接。为了方便馈电，在整个上表面的一圈加上第二方环金属贴片，外部第二方环金属贴片与内部的第一方环金属贴片之间加上电容的目的是增加缝隙电容，减小谐振频率。馈电方式为：正极是中间的方形金属贴片1，负极是第二方环金属贴片3。中心方形金属贴片1，周长为λeff/2，其中，λeff=λ0/(εr+1)^0.5，λ0为自由空间的波长。介质基板13，介电常数εr为2.2~10.2，厚度为3mm，约0.05*λg，其中，λg=λ0/εr^0.5，λ0为自由空间的波长，在计算介质波长时，选取的是第一个谐振点2.46GHz。第一变容管5、第二变容管6、第三变容管7和第四变容管8的型号并不唯一，但是必须选用能够工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工磁导体，其特征在于，由若干中心对称的人工磁导体单元（15）二维周期排布组成；所述人工磁导体单元（15）包括上层金属贴片、中间的介质基板、下层金属地面、变容管组和电容组；上层金属贴片由中心的方形金属贴片（1）和第一方环金属贴片（2）、第二方环金属贴片（3）组成，印制在介质基板（13）上方，底面设置金属地面（14）；方形金属贴片与第一方环金属贴片之间由四个变容管相连接，两个方环金属贴片之间用四个电容连接，变容管和电容的两端有与其封装尺寸相同大小的金属贴片；中心的方形金属贴片（1）通过单元中心位置处的金属化通孔（4），穿过介质基板（13）与介质基板的下表面的金属地面（14）连接，周期排布的人工磁导体的每个单元的中心方形金属贴片（1）相连接；周期排布的人工磁导体的每个单元的第二方环金属贴片（3）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种人工磁导体，其特征在于，由若干中心对称的人工磁导体单元（15）二维周期排布组成；所述人工磁导体单元（15）包括上层金属贴片、中间的介质基板、下层金属地面、变容管组和电容组；上层金属贴片由中心的方形金属贴片（1）和第一方环金属贴片（2）、第二方环金属贴片（3）组成，印制在介质基板（13）上方，底面设置金属地面（14）；方形金属贴片与第一方环金属贴片之间由四个变容管相连接，两个方环金属贴片之间用四个电容连接，变容管和电容的两端有与其封装尺寸相同大小的金属贴片；中心的方形金属贴片（1）通过单元中心位置处的金属化通孔（4），穿过介质基板（13）与介质基板的下表面的金属地面（14）连接，周期排布的人工磁导体的每个单元的中心方形金属贴片（1）相连接；周期排布的人工磁导体的每个单元的第二方环金属贴片（3）相连接。2.根据权利要求1所述的人工磁导体，其特征在于，变容管组由第一变容管（5）、第二变容管（6）、第三变容管（7）和第四变容管（8）组成，分别焊接在方形金属贴片（1）与第一方环金属贴片（2）之间的右边、下边、左边、上边；电容组由第一电容（9）、第二电容（10）、第三电容（11）和第四电容（12）组成，分别焊接在第一方环金属贴片（2）与第二方环金属贴片（3）之间的右边、下边、左边、上边，且都位于介质基板（13）的上面。3.根据权利要求2所述的人工磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：常玉梅，王琳，李波，薄亚明，祝雷，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32