一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面，属于柔性电子器件技术领域。该频率选择表面由三层组成，介质层和位于介质层两侧的金属层，金属层图案结构为三阶希尔伯特分型曲线。所得的频率选择表面具有可延展特征，拉伸率为20％，并且在拉伸过程中，频率选择表面的滤波功能保持不变；同时还具有多频段和极化不敏感优势。同时还具有多频段和极化不敏感优势。同时还具有多频段和极化不敏感优势。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面


[0001]本专利技术属于柔性电子器件
，具体涉及一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面。

技术介绍

[0002]频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，简称FSS)是由大量相同结构单元以二维周期性排列得到的单层或多层平面结构，它对具有不同工作频率、极化状态和入射角的电磁波具有频率选择特性。按照周期单元的实现方式大致可分为贴片型和缝隙型。当谐振单元处于谐振状态时，对于贴片型FSS，该频率下的电磁波会发生全反射，呈现带阻特性；对于缝隙型FSS，该频率下的电磁波会发生全透射，呈现带通特性。频率选择表面具有的这种频率选择特性使其在开放空间内具有电磁波滤波器的性能，被广泛用于雷达天线罩、无线安全屏蔽、多频天线系统等领域。
[0003]面对越来越复杂的应用场景，如曲面结构的共形、膨胀收缩甚至拉伸工况下，对频率选择表面也提出了柔性化的新要求。关于如何实现柔性的频选表面，现阶段的研究工作主要是通过材料选择以及结构设计，实现频选表面在共形环境下的应用，例如Ayan Chatterjee等人(A.Chatterjee,S.K.Parui.Frequency
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dependent directive radiation of monopole
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dielectric resonator antenna using a conformal frequency selective surface[J].IEEE Transactions on ant ennas and propagation,2017,65(5):2233
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2239)利用PI作为基底材料，构建的柔性频选表面，应用在圆柱体表面，通过调控频选表面的弯曲半径，实现辐射模式的调控。Mudassar Nauman等(M.Nauman,R.Saleem,A.K.Rashid,et al.A miniaturized flexible frequency selective surface for x
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band applications[J].IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,2016,58(2):419
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428)利用罗杰斯超薄层压板作为基底材料制备的柔性带阻频选表面，由于基底较薄且韧性极好，使其可以很好地与可展曲面完美共形，并且保持良好的屏蔽特性。由此可见，目前对于柔性频选表面的研究仅限于曲面共形，难以满足更多柔性化的需求，因此，设计一种柔性可延展的频率选择表面非常必要。
[0004]同时，随着通信技术的不断发展，为提高通讯设备的复用性能，往往需要在同一个系统中集成两个甚至多个不同频率选择的分系统，但是各分系统之间的耦合和干扰问题一直亟待解决，而现在普遍采用的方法主要是增加分系统之间距离来减少干扰，这势必会导致系统难以适应小型化的发展需要。除此之外，鉴于雷达天线罩的表面形状以及雷达天线的探测视角，入射到罩面的电磁波会存在不同的入射角和极化形式，包括TE极化(垂直极化)和TM极化(平行极化)，因此，在雷达天线的应用方面，频率选择表面对入射电磁波的角度和极化敏感性决定了频选雷达天线罩滤波性能的稳定性。
[0005]因此，如何设计频率选择表面，使得其能够兼具柔性可延展性能、多频段和极化不敏感，就显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展的频率选择表面。该频率选择表面由若干个结构单元周期排列形成，每个结构单元包括三层，介质层和位于介质层两侧的金属层，金属层的图案具体为三阶希尔伯特分型曲线。所得的频率选择表面在具有柔性可延展的同时具有多频段和极化不敏感优势。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展的频率选择表面，包括n
×
n个的结构单元，每个结构从上至下依次为第一金属层、介质层和第二金属层；
[0009]其中，第一金属层的图案结构为三阶希尔伯特分形曲线，其沿电磁波磁场方向和电场方向上的宽度均为s，相邻两个三阶希尔伯特分形曲线单元之间间距为D，希尔伯特分形曲线线宽为w；
[0010]第二金属层的图案结构由第一金属层的图案结构旋转90
°
得到；
[0011]所述介质层沿电磁波磁场和电场传播方向的宽度和长度均为l，沿电磁波磁场方向的厚度为h，介质层材料为室温下具有良好延展性的硅橡胶材料。
[0012]进一步地，所述三阶希尔伯特分形曲线的规律为：将一个正方形等分为8个小正方形，依次连接每个小正方形的中点，且每个点只经过一次。
[0013]进一步地，硅橡胶材料优选为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0014]进一步地，介质层厚度h影响具体的频率响应频点和频率响应个数。
[0015]进一步地，频率选择表面中优选参数为：s＝8.41mm，单元间距D＝1.6mm，希尔伯特分形曲线线宽w＝0.15mm，介质层宽度l＝10mm，介质层沿电磁波磁场方向的厚度h＝1mm
[0016]进一步地，结构单元的个数n≥20。
[0017]本专利技术的机理为：希尔伯特分形结构从力学分析上具有很好的柔性，将矩形金属片进行希尔伯特图案化之后，不仅可通过稀疏化特征提高可弯曲性，还具有可延展性；同时，由于希尔伯特分型曲线自身的不对称性，使得电磁波从不同方向入射时，电磁波与相应尺寸的分形结构发生局域共振的频率不同，从而实现金属结构与共振波长的亚波长特性，最终实现对多个电磁波频率的响应。此外，当电磁波的电场矢量与入射面垂直，产生TE极化，当电磁波的电场矢量与入射面平行，产生TM极化，将第二层的金属层结构旋转90度之后，当一束固定方向的电磁波入射时，第一层的金属层产生TE极化时，第二层的金属层产生TM极化，通过旋转90度的布置方式即实现频率选择表面的极化不敏感。
[0018]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术设计的频率选择表面通过介质层材料的选择和金属层图案结构的设计，使得频率选择表面具有可延展特征，拉伸率为20％，并且在拉伸过程中，频率选择表面的滤波功能在可接受范围内保持不变。
[0020]2.本专利技术频率选择表面通过特定曲线希尔伯特图案化之后能够实现多个频点的响应，并且通过设计旋转90度的上下对称结构实现极化不敏感，通过调节介质层的厚度可以实现多个频点的极化不敏感。
附图说明
[0021]图1为本专利技术频率选择表面结构单元的示意图。
[0022]图2为本专利技术频率选择表面中频率选择表面金属层的图案结构。
[0023]图3为本专利技术实施例1介质层厚度h为1mm时仿真得到的传输系数S11和S22的结果图。
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面，其特征在于，包括n
×
n个的结构单元，每个结构从上至下依次为第一金属层、介质层和第二金属层；其中，第一金属层的图案结构为三阶希尔伯特分形曲线，其沿电磁波磁场方向和电场方向上的宽度均为s，相邻两个三阶希尔伯特分形曲线单元之间间距为D，希尔伯特分形曲线线宽为w；第二金属层的图案结构由第一金属层的图案结构旋转90
°
得到；所述介质层为方形，宽度为l，沿电磁波磁场方向的厚度为h，介质层材料为室温下具有良好延展性的硅橡胶材料。2.如权利要求1所述的柔性可延展频率选择表面，其特征在于，所述三阶希尔伯特分形曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘泰松，张春红，李凡，陈文翔，高敏，林媛，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：