一种光机结构式频率选择表面制造技术

本发明专利技术公开一种光机结构式频率选择表面，应用于滤波器、吸波材料领域，针对现有的选择表面器件存在的体积大、成本高、可靠性低、适用范围受限的问题；本发明专利技术该表面为由若干单元结构周期排布构成的二维阵列，所述二维阵列中的单元结构包括呈对称设置的第一介质层与第二介质层，第一介质层与第二介质层通过固定锚点支撑柱连接，第一介质层与第二介质层各自外表面上印制有金属开口谐振环，所述两个金属开口谐振环上下对称；且第一介质层与第二介质层采用可形变材料，在入射电磁波激励下，可使得第一介质层与第二介质层之间中空层的厚度发生改变，从而实现频响特性的可重构功能。从而实现频响特性的可重构功能。从而实现频响特性的可重构功能。

【技术实现步骤摘要】
一种光机结构式频率选择表面


[0001]本专利技术属于滤波器、吸波材料领域，特别涉及一种可重构调谐型频率响应技术。

技术介绍

[0002]频率选择表面由一些具有周期性的单元结构构成，在处理具有不同电磁特性(频率、极化以及入射角度)的入射电磁波方面具有明显的带通或者带阻特性，又被称为电磁波的空间滤波器。经典的频率选择表面单元结构包含贴片类型与开槽类型，贴片类型是通过在介质层标贴同样的金属谐振环，一般用作带阻型滤波器；开槽类型是通过在金属板上周期性的开一些金属单元的槽孔，从频率特性响应来看一般用作带通型频率选择表面。通过合理设计频率选择表面的单元结构，能够实现目标工作频率下的电磁频率响应。然而传统频率选择表面设计成型之后功能固化不能改变，电磁调控不具有可重构特性，这极大限制了其应用领域。近年来，研究者们相继提出了通过电、磁、光、机械等方式调控单元结构，实现按需实时动态调控频率选择表面的电磁响应特性的可重构功能。尽管上述频率选择表面能够实现可重构器件，但若想独立调控每个频率选择表面的单元结构调控电磁波波前，均需要规模庞大、复杂的有源器件控制电路，使得这类频率选择表面器件的体积大、成本高、可靠性低、适用范围受限。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种光机结构式频率选择表面，该频率选择表面能够在不同强度的电磁波激励下，实现可调谐型空间滤波的功能。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：一种光机结构式频率选择表面，该表面为由若干单元结构周期排布构成的二维阵列，所述二维阵列中的单元结构包括呈对称设置的第一介质层与第二介质层，第一介质层与第二介质层通过固定锚点支撑柱连接，第一介质层与第二介质层各自外表面上印制有金属开口谐振环，所述两个金属开口谐振环上下对称。
[0005]第一介质层与第二介质层采用可形变介质材料。
[0006]第一介质层与第二介质层之间为中空层。
[0007]所述第一介质层与第二介质层还包括向中空层延伸的支撑臂结构，且通过各自的支撑臂与固定锚点支撑柱连接。
[0008]初始时，第一介质层与第二介质层与各自的支撑臂处于同一水平面。
[0009]第一介质层与第二介质层之间的距离根据入射电磁波的强度确定。
[0010]第一介质层与第二介质层产生的电磁感应安培力计算公式为：
[0011][0012][0013][0014]其中，表示金属谐振环上的感应电动势，B与H0表示谐振环产生的磁场与磁感应强度，r0表示金属谐振环的中心半径，μ0表示真空磁导率，ω0表示入射电磁波的频率，表示电流元到某点的位置矢量，F1表示谐振环之间的电磁感应力，入射某一特定功率大小的电磁波，上下镜面对称的金属谐振环上的感应电流产生了磁场，最终上下镜像对称的金属谐振环产生了相互吸引的安培力。
[0015]第一介质层与第二介质层在安培力的驱使下产生形变，印制在介质层上的金属谐振环与介质层组成了机械振动结构，该结构形变产生的弹力计算公式为：
[0016]F2＝k
eff
×
x＝m
eff
×
Ω
eff2
×
x
[0017]其中，F2为机械振动结构受到的弹性力，k
eff
为机械振动结构等效弹性系数，m
eff
为机械振动结构的有效质量包括介质层与金属谐振环的质量，Ω
eff
为机械振动结构的有效机械振动频率，x为机械振动结构产生的形变。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术设计的光机结构式频率选择表面是在不同强度的入射电磁波激励下，金属开口谐振环之间产生了同向的感应电流进而产生了相互吸引的电磁感应力，固定锚点处的可形变介质支撑臂使得可形变介质层与金属开口谐振环构成的机械振动结构产生了形变，单元结构的谐振状态发生改变，进而改变了电磁频率响应特性，实现了可调谐滤波；本专利技术的频率选择表面以入射电磁波强度作为变量调控频率选择表面，相比有源器件实现可重构功能比较简单；本专利技术设计是基于电磁波
‑
机械能耦合的机理进行分析，为实现可重构频率选择表面提供了一种新的思路，且通过改变光强来调控电磁响应特性更加快速、灵活，成本更低制备容易。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面单元结构示意图；
[0020]图2是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面单元结构上金属开口谐振环上感应电流；
[0021]图3是本专利技术提供的在入射电磁波为y方向极化情况下，频率选择表面单元结构基态(中空层厚度为1mm)传输特性曲线与反射特性曲线与频率的变化关系；
[0022]其中，(a)为上表面金属开口谐振环的感应电流，(b)为下表面金属开口谐振环的感应电流；
[0023]图4是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面在中空层厚度为0.1mm、0.5mm、1mm时传输特性曲线S
21
与频率的变化关系；
[0024]图5是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面单元结构在不同强度的入射电磁波激励下电磁感应力与弹性力之间的关系；
[0025]图6是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面单元结构在特定支撑臂尺寸下机械振动结构的机械频率；
[0026]图7是本专利技术提供的光机结构式频率选择表面单元结构的机械振动结构的机械频率与不同支撑臂尺寸的关系；
[0027]图8是本专利技术提供的10
×
10个单元结构组成的光机结构式频率选择表面的结构示
意图；
具体实施方式
[0028]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0029]一种光机结构式频率选择表面单元结构，具体包括呈对称设置的第一介质层与第二介质层，第一介质层与第二介质层通过固定锚点支撑柱连接，第一介质层与第二介质层各自外表面上印制有金属开口谐振环，所述两个金属开口谐振环上下对称。
[0030]第一介质层与第二介质层均伸出宽度为0.2mm，长度为0.8mm的支撑臂结构，对称的第一介质层与第二介质层通过各自支撑臂结构与固定锚点支撑连接，中间形成一定厚度的空气间隙作为中空层。
[0031]上下两个金属开口谐振环为铜材质，厚度0.035mm，第一介质层与第二介质层为可形变介质材料，本实施例中具体采用柔性电路板材料FPC，其厚度为0.045mm。本实施例中单元结构周期为4mm，金属开口谐振环周期为3mm，开口角度theat为30
°
，金属开口谐振环的外径为1.4mm，内径为1mm，中心半径r为1.2mm，谐振环宽度n为0.4mm，支撑臂宽为0.2mm，长为0.8mm。
[0032]通过改变中空层的厚度，调控单元结构的谐振状态，等效调控单元结构的电磁频率响应特性，改变透射电磁波的幅度、相位。设计支撑臂长为0.8mm，宽为0.2mm，固定在锚点支撑柱上，在不同强度的入射电磁波激励下，支撑臂使得介质层产生不同大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，该表面为由若干单元结构周期排布构成的二维阵列，所述二维阵列中的单元结构包括呈对称设置的第一介质层与第二介质层，第一介质层与第二介质层通过固定锚点支撑柱连接，第一介质层与第二介质层各自外表面上印制有金属开口谐振环，所述两个金属开口谐振环上下对称。2.根据权利要求1所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，第一介质层与第二介质层采用可形变介质材料。3.根据权利要求2所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，第一介质层与第二介质层之间为中空层。4.根据权利要求3所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，所述第一介质层与第二介质层还包括向中空层延伸的支撑臂结构，且通过各自的支撑臂与固定锚点支撑柱连接。5.根据权利要求4所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，初始时，第一介质层与第二介质层与各自的支撑臂处于同一水平面。6.根据权利要求5所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，第一介质层与第二介质层之间的距离根据入射电磁波的强度确定。7.根据权利要求6所述的一种光机结构式频率选择表面，其特征在于，第一介质层与第二介质层产生的电磁感应安培力计算公式为：二介质层产生的电磁感应安培力计算公式为：二介...

【专利技术属性】
技术研发人员：文光俊，周粤丹，刘浥丰，黄勇军，李建，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：