一种动态频率选择表面结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于电磁技术领域，公开了一种动态频率选择表面结构及其制备方法，该结构由被动式频率选择表面基体以及位于该基体上的导电性能调节组件组成，其中导电性能调节组件位于单个被动式频率选择表面单元结构的内部，或者用于连接两个相邻的被动式频率选择表面单元。导电性能调节组件会在改变温度或光照强度等环境条件的作用下发生导体和绝缘体之间的转变，从而使频率选择表面导电阵子的单元结构发生动态变化。本发明专利技术通过对动态频率选择表面的单元结构组成及它们的设置方式、连接关系等进行改进，能够有效解决主动式频率选择表面使用集成电路元件带来的性能恶化等问题，从而有效实现选择性透过频率的动态变化。

【技术实现步骤摘要】
一种动态频率选择表面结构及其制备方法
本专利技术属于电磁
，更具体地，涉及一种动态频率选择表面结构及其制备方法。
技术介绍
如何缩减目标的雷达反射截面(RadarCrossSection,RCS)在研制雷达隐身技术、隐身天线罩、多频段天线反射面、无线通信系统、天线方向图调控、建筑物电磁调控或增强光电器件等各种电磁波调控领域方面起着至关重要的作用。近些年来，虽然提出了很多新型结构型吸波材料，但频率选择表面(FrequencySelectiveSurface,FSS)吸波体因其设计灵活性、适应频段广泛、宽带性能、在线可调性能等各方面优势，受到各方关注。频率选择表面FSS的结构是在介质衬底(常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板)面上制备周期性排布构成的金属谐振单元，当不同频率的电磁波照射到FSS的周期性单元阵列上时，单元上以及单元之间会产生感应电场与磁场。并根据频率的变化，会表现出不同的传输、反射和吸收特性。利用这种电磁特性，根据需要可对照射的电磁波传输、反射或吸收进行控制，从而获得频率选择性功能。目前频率选择表面FSS主要分为两种结构：被动式频率选择表面(PassiveFrequencySelectiveSurface,PFSS)结构和主动式频率选择表面(ActiveFrequencySelectiveSurface,AFSS)结构。被动式PFSS结构又称为无源频率选择表面，其频率响应性能不随时间变化，一旦被设计和制造后，其频率、带宽、传输特性等各种技术指标将不再变化。这种结构易于得到一些特定要求的设计和制备，其频率选择特性和结构能够直接用于构成雷达罩罩体，在隐身雷达军事领域得到了广泛应用，如隐形战机、隐形导弹、隐形卫星等。但PFSS的缺点是难以灵活适应复杂多变的电磁环境，一旦工作频率被敌方破译，极易被干扰而丧失雷达功能。更为严重的是如果敌方雷达频率与我方的雷达频率相近或工作于同一频段，无论我方雷达是否处于开机状态，基于PFSS的隐身天线罩在带内频段均处于透波状态，会使我方雷达天线一直暴露于敌方雷达波中，导致雷达罩失去隐身能力，增加被探测到的风险。此外，随着雷达天线由传统的窄带天线向宽频、多频、变频天线的方向发展，基于PFSS的隐身天线罩的设计与制备面临很多技术挑战。对宽频天线而言，由于其具有较宽的工作频带，会使设计具有宽带特性的隐身天线罩的难度增加。即便能够设计满足角度稳定性与极化状态良好的PFSS结构，但雷达天线过多的暴露于敌方雷达侦查频率范围内，必将增加被发现的风险，导致隐身天线罩失去它应有的作用，给目标隐身造成致命影响。为解决FSS结构固定问题，目前提出了一种主动式(ActiveFrequencySelectiveSurfaces，AFSS)结构，即在FSS的基础上衍生出的有源频率选择表面技术被相应的发展出来。其主要原理是通过激励源的控制来改变FSS谐振单元的结构尺寸和单元的排布，实现FSS的谐振频点可调谐或者传输特性可变化，由此满足其在不同环境的应用要求。目前的AFSS制备主要是在导电单元结构或阵列中加入集成电路元件(PIN/变容二极管)，来实现在线调节FSS电磁特性的响应频率。然而，在AFSS雷达罩制作和应用方面的缺陷也非常明显，其中最关键的就是大面积植入集成电路元件，通过对上万个谐振单元结构改变或阵列串/并联的转换，来实现响应频率切换和调节功能。这种制备方法首先会破坏导电单元自身结构精度，严重影响AFSS雷达罩的整体电磁性能；其次，电控元件自身的能量损耗较大和电磁性能一致性难以保证，可能会引起性能的恶化，例如谐振频率的偏移、产生寄生频段以及极性的恶化等，导致AFSS的传输性能严重偏离设计要求，性能的稳定和可重复变差；更重要的是由于AFSS雷达罩尺寸大(米级)和形状复杂(自由曲面)以及对单元制造精度要求高(<10微米)，成千上万电控元件的焊接不但会使制作尺寸精度难以保证，而且还会引起衬底过热和谐振单元变形以及重量增加等问题，无法达到实际应用要求。
技术实现思路
针对以上被动式PFSS结构和主动式AFSS结构存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种动态频率选择表面结构及其制备方法，其中通过对动态频率选择表面的单元结构组成及它们的设置方式、连接关系等进行改进，利用导电性能调节组件，通过改变环境温度、入射光强度、气体成分或者外加磁场的磁感应强度实现等效频率选择表面单元结构的变化或阵列串/并联的转换，与现有技术相比能够解决主动式频率选择表面使用集成电路元件带来的性能恶化的问题，可有效实现选择性透过频率的动态变化，并且，该动态频率选择表面结构制备方法简单，能够避免焊接的使用。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种动态频率选择表面结构，其特征在于，包括被动式频率选择表面基体以及位于该基体上的导电性能调节组件；所述被动式频率选择表面基体包括多个频率选择表面单元；所述导电性能调节组件能够在预先设定的条件下使其导电性能发生变化，利用所述导电性能的变化，能够实现动态频率选择表面导电结构的改变，从而产生频率选择性能的动态调控功能。作为本专利技术的进一步优选，所述多个频率选择表面单元呈周期性分布；所述导电性能调节组件位于被动式频率选择表面周期单元结构的内部，作为导电区域的备用附加区域；或者用于连接两个相邻且不导通的被动式频率选择表面单元，作为这两个被动式频率选择表面单元之间的备用导电通路；通过控制所述导电性能调节组件导电性能的变化，实现动态频率选择表面整体导电结构的变化。作为本专利技术的进一步优选，所述导电性能调节组件由导电性能可调控材料构成，包括导电性能调节相变组件、导电性能调节光敏组件、导电性能调节气敏组件、导电性能调节微机械组件或者导电性能调节复合组件；其中，所述导电性能调节相变组件由温控相变材料构成，能够利用相变材料在温度高于相变温度的条件下发生的相变反应，实现导电性能的变化；所述导电性能调节光敏组件由光敏材料构成，能够利用光敏材料在强度超过光强阈值的特定波长光束的照射下发生的结构变化，实现导电性能的变化；所述导电性能调节气敏组件由气敏半导体材料构成，能够利用气敏半导体材料在特定气体成分的环境中发生的结构变化，实现导电性能的变化；所述导电性能调节微机械组件由微机械材料构成，能够利用微机械材料在特定外加磁场或环境温度高于预先设定的温度值的条件下发生的机械结构改变，实现导电性能的变化；所述导电性能调节复合组件同时包括所述导电性能调节相变组件、所述导电性能调节光敏组件、所述导电性能调节气敏组件和所述导电性能调节微机械组件中的至少2种，该导电性能调节复合组件由上述多种具有不同导电性能调控原理的材料构成，能够在满足各材料相应条件的情况下，实现导电性能的变化，从而改变整个频率选择表面中的导电结构，实现频率选择性能调控。作为本专利技术的进一步优选，所述导电性能调节相变组件包含多种具有不同相变温度的温控相变材料；在特定环境温度值下，相变温度低于该值的材料会发生相变反应，从而实现导电性能的改变；而相变温度高于该值的材料，则不会发生相变反应和导电性能变化；通过控制环境温度值，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态频率选择表面结构，其特征在于，包括被动式频率选择表面基体以及位于该基体上的导电性能调节组件；所述被动式频率选择表面基体包括多个频率选择表面单元；所述导电性能调节组件能够在预先设定的条件下使其导电性能发生变化，利用所述导电性能的变化，能够实现动态频率选择表面导电结构的改变，从而产生频率选择性能的动态调控功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态频率选择表面结构，其特征在于，包括被动式频率选择表面基体以及位于该基体上的导电性能调节组件；所述被动式频率选择表面基体包括多个频率选择表面单元；所述导电性能调节组件能够在预先设定的条件下使其导电性能发生变化，利用所述导电性能的变化，能够实现动态频率选择表面导电结构的改变，从而产生频率选择性能的动态调控功能。


2.如权利要求1所述动态频率选择表面结构，其特征在于，所述多个频率选择表面单元呈周期性分布；
所述导电性能调节组件位于被动式频率选择表面周期单元结构的内部，作为导电区域的备用附加区域；或者用于连接两个相邻且不导通的被动式频率选择表面单元，作为这两个被动式频率选择表面单元之间的备用导电通路；通过控制所述导电性能调节组件导电性能的变化，实现动态频率选择表面整体导电结构的变化。


3.如权利要求1所述动态频率选择表面结构，其特征在于，所述导电性能调节组件由导电性能可调控材料构成，包括导电性能调节相变组件、导电性能调节光敏组件、导电性能调节气敏组件、导电性能调节微机械组件或者导电性能调节复合组件；
其中，所述导电性能调节相变组件由温控相变材料构成，能够利用相变材料在温度高于相变温度的条件下发生的相变反应，实现导电性能的变化；所述导电性能调节光敏组件由光敏材料构成，能够利用光敏材料在强度超过光强阈值的特定波长光束的照射下发生的结构变化，实现导电性能的变化；所述导电性能调节气敏组件由气敏半导体材料构成，能够利用气敏半导体材料在特定气体成分的环境中发生的结构变化，实现导电性能的变化；所述导电性能调节微机械组件由微机械材料构成，能够利用微机械材料在特定外加磁场或环境温度高于预先设定的温度值的条件下发生的机械结构改变，实现导电性能的变化；所述导电性能调节复合组件同时包括所述导电性能调节相变组件、所述导电性能调节光敏组件、所述导电性能调节气敏组件和所述导电性能调节微机械组件中的至少2种，该导电性能调节复合组件由上述多种具有不同导电性能调控原理的材料构成，能够在满足各材料相应条件的情况下，实现导电性能的变化，从而改变整个频率选择表面中的导电结构，实现频率选择性能调控。


4.如权利要求3所述动态频率选择表面结构，其特征在于，所述导电性能调节相变组件包含多种具有不同相变温度的温控相变材料；在特定环境温度值下，相变温度低于该值的材料会发生相变反应，从而实现导电性能的改变；而相变温度高于该值的材料，则不会发生相变反应和导电性能变化；通过控制环境温度值，能够调控不同相变温度材料的导电性能，实现整个频率选择表面中导电结构的改变，从而实现频率选择性能调控。


5.如权利要求3所述动态频率选择表面结构，其特征在于，所述导电性能调节光敏组件包含多种具有不同光强阈值的光敏材料；在特定光强值的入射光照射下，光强阈值低于该值的光敏材料会发生结构变化，从而引起导电性能的改变；而光强阈值高于该值的光敏材料，则不会发生结构变化和导电性能改变；通过控制环境光强值，能够调控不同光敏材料的导电性能，实现整个频率选择表面中导电结构的改变，从而实现频率选择性能调控。


6.如权利要求3所述动态频...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓磊敏，段军，杨少睿，熊伟，盘亚楠，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42