一种有源频率选择表面结构制造技术

本发明专利技术涉及一种极化稳定的有源频率选择表面结构，包含介质基板、第一层曲折线结构、第二层曲折线结构、加载在各周期单元的PIN二极管以及在表面四边边缘为PIN管提供偏置的馈线；该介质基板的上表面和下表面都蚀刻出若干条金属线形成曲折线结构，同一表面的曲折线相互平行并间隔平移一个单元的长度，上表面与下表面的曲折线呈现正交关系；每个单元相互靠近的金属线段中部通过焊接PIN管进行连接，在上下表面的相应边缘馈线加入正电压和负电压偏置，实现对PIN管工作状态的控制。本发明专利技术能够用于天线罩，实现人工可调节频率选择表面的频选特性，对不同的入射波极化稳定，结构简单，馈电方式简单，适用于复杂电磁环境中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达天线罩设计领域，涉及一种极化稳定的对特定频段具有开关功能的频率选择表面结构天线罩。
技术介绍
近年来，FSS（频率选择表面）天线罩，作为一种较为新兴的天线罩工作机理，受到研究人员的广泛关注。与传统的天线罩相比，频率选择表面天线罩不仅能够提高雷达工作频带内的透波率，保证雷达正常工作，而且还能降低工作频带外的电磁波反射率，获得良好的隐身效果。目前，普通的频率选择表面天线罩大多数采用无源FSS结构体材料制备而成，无源FSS是由大量无源谐振单元组成的周期性结构，一般可通过在金属板上制作周期性的缝隙或者在介质板上布置周期性的金属贴片来实现。由于无源FSS的电气性能无法改变，因此其不能快速适应外部电磁环境的变化，进而降低了无源FSS天线罩的应用灵活性。有源频率选择表面是在传统的频率选择表面基础上加装了有源器件，克服了一旦加工完成就无法改变其性能的缺陷，在复杂电磁环境应用中具有极大的应用潜力。有源频率选择表面是英国肯特大学的T.K.Chang，R.J.Langley和E.A.Parker于1993年提出来的，自提出之后，的二十多年来有所发展，但是绝大多数的有源频率选择表面只能够针对单极化电磁波实现特定性能，即存在极化不稳定的缺陷；有些学者，如GhafferI.Kiani通过使用缝隙四周对称加载PIN管和通孔以及背馈的方式，这种方式存在馈电网络复杂、加工制造难度大等问题，并不宜采用。随着技术的发展，越来越多的场合需要结构较为简单的极化特性稳定的有源频率选择表面。电子科技大学在专利“双频带宽频率选择表面”（公开号：CN105244619A）中，提出了一种双频带宽频率选择表面结构，通过波纹方环孔实现了更稳定的频率选择表面可以应用于天线罩来减小天线的RCS，也可以减小天线阵列之间的互耦，还可以用于增加天线的辐射增益效果。该专利技术使用的是固定结构的无源频率选择表面结构，不能够适应外部电磁环境的变化。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在专利“有源频率选择表面的设计方法”（公开号：CN105244570A）中，提出了有源频率选择表面的设计方法，解决了现有技术中有源频率选择表面工艺上不具有的可拓展性、宽角度（0°~50°）照射下具有易出现寄生谐振现象的技术问题。该设计方法在天线罩、吸波材料、全向扫描天线以及相控阵雷达等领域具有广泛的应用背景。该专利技术未考虑极化稳定的技术问题。北京环境特性研究所在专利“一种有源高透波超材料结构及天线罩”（公开号：CN105856676A）中，提出了一种有源高透波超材料结构，包括依次叠层的第一频率选择表面层、介质板、第二频率选择表面层。该结构能够有效降低带内插损、提高带内透波率，同时实现带外多频段隐身，该专利技术还公开了一种实现所述结构的天线罩，虽然利用有源频率选择表面结构的频选特性实现了天线罩的隐身，但未考虑对电磁波极化稳定的技术问题。
技术实现思路
针对现有的有源频率选择表面存在的对不同极化方式响应效果不同的问题，本专利技术提出了一种有源频率选择表面结构，其频率响应特性可以在水平极化电磁波和垂直极化电磁波入射下保持一致，同时馈电方式简单、加工容易、厚度小，能够达到提高频率选择表面天线罩极化稳定性能的目的。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种有源频率选择表面结构，其包含：介质基板；第一层曲折线结构，其设有沿第一方向布局的多个金属的第一曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的一个表面；第二层曲折线结构，其设有沿第二方向布局的多个金属的第二曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的另一个表面；所述第一层曲折线结构与第二层曲折线结构成正交关系且相互耦合；相邻两个第一曲折线之间连接有PIN管，该相邻两个第一曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压；相邻两个第二曲折线之间连接有PIN管；该相邻两个第二曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压。优选地，每个曲折线上设有周期性的凸起和凹陷，且凸起和凹陷的深度和长度相同；同一表面上的多个曲折线相互平行，且相邻两个曲折线的凸起和凹陷的方向相反；在相邻两个曲折线最为接近的位置通过PIN管连接。优选地，将介质基板同一表面上任意一个曲折线的一个完整凸起及其两侧各半个凹陷，以及相邻一个曲折线上与所述完整凸起最为接近的一个完整凹陷及其两侧各半个凸起，称为一个单元；所述第一层曲折线结构和第二层曲折线结构各自设有多个单元；每个单元的边长为P，与曲折线结构的周期长度一致；每个曲折线的线宽为W；每个单元中完整凸起和完整凹陷的间隔为G；每个完整凸起和完整凹陷各自的长度为L；其中，P=2*L-2*W。优选地，每个单元对应的PIN管连接在该单元中部的完整凸起和完整凹陷之间，所述PIN管的长度等于间隔G。优选地，所述第一层曲折线结构和第二层曲折线结构上，各自为PIN管提供正电压的曲折线，通过连接所述有源频率选择表面结构边缘的第一馈线，来与外部电源的正极连接；各自为PIN管提供负电压的曲折线，通过连接边缘的第二馈线，来与外部电源的负极连接。优选地，当外部电源的偏置电压为0，各个PIN管截止，处于关闭状态；当外部电源的偏置电压为3.3V，各个PIN管导通，处于打开状态。优选地，所述相邻两个第一曲折线之间PIN管的连接方向，和所述相邻两个第二曲折线之间PIN管的连接方向，成正交关系。优选地，所述PIN管的工作频率包含0.5GHz~4.5GHz的微波频段。优选地，所述介质基板可以是F4B-2基板，介电常数为2.65。优选地，所述有源频率选择表面结构用于天线罩。与上述具有代表性的相关专利相比，本专利技术提出了一种具备极化稳定的有源频率选择表面结构，快速适应外部电磁环境的变化的同时能够保持极化稳定特性。所述有源频率选择表面结构包括介质基地、第一层曲折线结构、第二层曲折线结构、加载于各周期单元上的PIN管、给PIN管进行偏置的边缘馈线。所述介质基板的上表面和下表面分别蚀刻出沿水平方向和沿垂直方向延伸的金属曲折线，上下两层曲折线结构呈现正交关系，并且能够相互耦合，形成带通型的谐振频点。本专利技术通过调节上表面和下表面的PIN管的开关工作状态实现对不同极化的入射电磁波的通过与不通过控制，从而实现对电磁波的人工调节，操作简单，实用性强。当需要特定频率的电磁波通过时，不提供偏置电压，当不需要该特定频率的电磁波通过时，提供3.3V的偏置电压。本专利技术所述的极化稳定的有源频率选择表面，结构简单，厚度较小，具有良好的应用前景，可以用于智能隐身天线罩设计中。附图说明图1为本专利技术提供的一种极化稳定的频率选择表面结构示意图；图2为本专利技术中有源频率选择表面结构的俯视图；图3为本专利技术中任意一个单元的示意图；图4为本专利技术中有源频率选择表面结构的第一层曲折线结构示意图；图5为本专利技术中有源频率选择表面结构的第二层曲折线结构示意图；图6为垂直极化（TE）和水平极化（TM）电磁波垂直于表面结构入射时，实施例所述有源频率选择表面结构在开关元件关闭时的透波系数图；图7为垂直极化（TE）和水平极化（TM）电磁波垂直于表面结构入射时，实施例所述有源频率选择表面结构在开关元件打开时的透波系数图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1~图5所示，本专利技术提供的一种极化稳定的有源频率选择表面结构，包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源频率选择表面结构，其特征在于，包含：介质基板；第一层曲折线结构，其设有沿第一方向布局的多个金属的第一曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的一个表面；第二层曲折线结构，其设有沿第二方向布局的多个金属的第二曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的另一个表面；所述第一层曲折线结构与第二层曲折线结构成正交关系且相互耦合；相邻两个第一曲折线之间连接有PIN管，该相邻两个第一曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压；相邻两个第二曲折线之间连接有PIN管；该相邻两个第二曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压。

【技术特征摘要】
1.一种有源频率选择表面结构，其特征在于，包含：介质基板；第一层曲折线结构，其设有沿第一方向布局的多个金属的第一曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的一个表面；第二层曲折线结构，其设有沿第二方向布局的多个金属的第二曲折线，位于介质基板上表面和下表面之中的另一个表面；所述第一层曲折线结构与第二层曲折线结构成正交关系且相互耦合；相邻两个第一曲折线之间连接有PIN管，该相邻两个第一曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压；相邻两个第二曲折线之间连接有PIN管；该相邻两个第二曲折线分别为相连接的PIN管提供正电压和负电压。2.如权利要求1所述有源频率选择表面结构，其特征在于，每个曲折线上设有周期性的凸起和凹陷，且凸起和凹陷的深度和长度相同；同一表面上的多个曲折线相互平行，且相邻两个曲折线的凸起和凹陷的方向相反；在相邻两个曲折线最为接近的位置通过PIN管连接。3.如权利要求2所述有源频率选择表面结构，其特征在于，将介质基板同一表面上任意一个曲折线的一个完整凸起及其两侧各半个凹陷，以及相邻一个曲折线上与所述完整凸起最为接近的一个完整凹陷及其两侧各半个凸起，称为一个单元；所述第一层曲折线结构和第二层曲折线结构各自设有多个单元；每个单元的边长为P，与曲折线结构的周期长度一致；每个曲折线的线宽为W；每个单元中完整凸起和完整凹陷的间隔为G；每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：眭韵，顾昊，樊康，辛朋，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31