一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器制造技术

本发明专利技术公开了一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形FSS单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；雪花形FSS单元包含6条

A wide-angle and polarization-independent snowflake-shaped FSS microwave absorber

【技术实现步骤摘要】
一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器
本专利技术属于电磁场与微波
，特别涉及了一种FSS吸波器。
技术介绍
超材料吸波器是一种结构性吸波体，由金属结构、介质基板以及金属地板组成的吸波单元构成，最早应用于军事领域，现已扩展到电磁兼容、电磁污染防护、通讯系统等多个应用领域，具有体积小、重量轻、价格低等优点，是材料研究领域的一个重要课题。频率选择表面(Frequencyselectivesurface，FSS)就是其中最常用的技术之一。FSS是一种由介质基片上的导电阵列或孔径元件组成的周期阵列结构，在雷达天线罩、反射面天线、吸波材料等工程中取得了广泛的应用。在大多数的研究分析中，FSS都是默认为无限大平面周期性的结构。但是，实际上频率选择表面是有限的，甚至是曲面的，这就要求FSS应有较高的角度稳定性与极化稳定性，从而使得FSS吸波器的实际效果与仿真结果更为贴近，也使得FSS吸波器能够在曲面与共形方面获得更为广泛的应用。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，提高了吸波器的极化稳定性与角度稳定性。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，所述雪花形FSS吸波器包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形FSS单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形FSS单元包含6条“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形FSS单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；每条雪花枝节顶端的两条分叉枝干的夹角为60°；相邻两条雪花枝节在中心点处的夹角为60°。基于上述技术方案的优选方案，所述介质基板的材质为聚四氟乙烯。基于上述技术方案的优选方案，所述介质基板的厚度为0.5mm。基于上述技术方案的优选方案，所述金属地板的材质为铜。基于上述技术方案的优选方案，所述金属地板的厚度为0.01mm。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术设计的雪花形结构，针对不同的极化角phi，吸收曲线几乎完全重合，具有极高的极化稳定性，体现了“偏振无关”。并且，在TE与TM模式下，斜入射角theta从0°逐渐增加到80°时，FSS吸波器工作频率偏移程度小，工作频率对应的吸波率始终维持在80％以上，实现了良好的角度稳定性，体现了“广角”。此外，介质基板采用柔性材料聚四氟乙烯)，使得该吸波器具有较好的弯曲与共形能力。附图说明图1是本专利技术的顶视图；图2是本专利技术的细节图；图3是本专利技术的侧视图；图4是本专利技术吸波器的反射系数S11与吸波率示意图；图5是本专利技术吸波器随phi角改变的反射系数S11的变化图；图6是本专利技术吸波器随theta角改变的反射系数S11的变化图(TE模式)；图7是本专利技术吸波器随theta角改变的反射系数S11的变化图(TM模式)。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术设计了一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，如图1-3所示，包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形FSS单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形FSS单元包含6条近似“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形FSS单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；每条雪花枝节顶端的两条分叉枝干的夹角为60°；相邻两条雪花枝节在中心点处的夹角为60°。在本实施例中，假设所设计的FSS吸波器水平放置(与xoy平面平行)，均匀平面波由Z轴的正方向向Z轴的负方向垂直入射，仿真频率为12-22GHz。图4为当phi与theta均为0时，吸波器的反射系数S11与吸波率A(W)的结果图，该结果可作为后续实验的对照组进行分析。设计以柔性材料聚四氟乙烯(PTFE)为介质基板的雪花形FSS吸波器时，工作频率为19.10GHz的FSS结构时：首先，改变极化角phi的值得到反射系数S11，如图5所示；以及吸波率A(W)的值如表1所示。表1其次，在TE与TM模式下，分别改变斜入射角theta的值得到反射系数S11如图6、7所示；以及吸波率A(W)的值，如表2所示。表2最后，对全波仿真软件CST计算所得的S参数进行比较验证。在本实施例中，如图1-3所示，X与Y方向上的单元周期D＝6mm，直线形主干长度L1/2＝2.0mm，主干宽度W1＝0.3mm，主干夹角θ1＝60°，顶部分叉枝干长度L2＝0.3mm，枝干宽度W2＝0.2mm，枝干夹角θ2＝60°，横枝长度L3＝L4＝1.0mm，横枝宽度W3＝W4＝0.2mm，横枝与中心点的距离分别为L5＝1.6mm、L6＝1.2mm，以柔性材料聚四氟乙烯(PTFE)作为介质基板，其介电常数为ε＝2.1，损耗角正切值为2×10-4，介质基板厚度T＝0.5mm，介质底层接地板金属铜的厚度为0.01mm。将极化角phi的值改变在0-90°的范围内并比较反射系数S11的变化，具体偏移如图5所示。初始共振吸收频率为19.10GHz。当phi的值从15°变为60°时，共振吸收频率转移到19.07GHz，18.92GHz，18.96GHz和18.95GHz。在phi＝30°时，共振吸收频率的偏移最大，为0.18GHz。图6和图7显示了在theta的不同值下初始结构的仿真结果。对于TM模式来说，当theta＝20°时，谐振吸收频率略微偏移到19.00GHz。当theta的值为40°，60°和80°时，共振吸收频率分别平滑地移动到18.99Hz，18.95GHz和18.91GHz。在theta＝80°时观察到最大0.19GHz的偏移，而反射系数S11总是保持超过80％的吸收。对于TE模式来说，当theta的值分别为20°，40°，60°和80°时，共振吸收频率平滑地移动到19.04GHz，19.12Hz，19.15GHz和19.36GHz。当theta＝80°时，偏移最大，为0.27GHz，谐振吸收频率接近初始谐振吸收频率。同时，S11仍然保持80％以上的吸收率。实验证明，在TE与TM模式下，平面波的斜入射角theta从0°逐渐增加到80°时，FSS吸波器工作频率对应的吸波率始终维持在80％以上且不同的极化角phi的工作频率偏移值始终远小于0.3GHz，吸收曲线几乎完全重合。实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，其特征在于：所述雪花形FSS吸波器包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形FSS单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形FSS单元包含6条“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形FSS单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；每条雪花枝节顶端的两条分叉枝干的夹角为60°；相邻两条雪花枝节在中心点处的夹角为60°。

【技术特征摘要】
1.一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器，其特征在于：所述雪花形FSS吸波器包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形FSS单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形FSS单元包含6条“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形FSS单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻子颖，王毅，曹群生，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32