有源频率选择表面结构制造技术

本发明专利技术涉及电磁对抗及隐身技术领域，提供一种有源频率选择表面结构，包括结构周期单元、金属贴片和有源措施，结构周期单元在水平方向与垂直方向拓扑得到有源频率选择表面结构，金属贴片安装在有源频率选择表面结构上，有源措施加载在有源频率选择表面结构上。本发明专利技术通过特殊的有源频率选择表面结构，将具有导电、不导电两种状态的有源措施，植入非金属过孔中，可以实现有源频率选择表面结构两层金属贴片之间的电断开和电连通，当电断开时，有源频率选择表面结构为带通型滤波结构，当电连通时，有源频率选择表面结构为高通型滤波结构，两种滤波结构在雷达工作频段2

【技术实现步骤摘要】
有源频率选择表面结构


[0001]本专利技术涉及电磁对抗及隐身
，特别涉及一种有源频率选择表面结构。

技术介绍

[0002]透波窗口是飞机、导弹、舰船等武器装备最重要的探测、侦察、制导设备，是武器装备的“眼睛”，另一方面它也是最重要雷达强散射源之一。以导弹为例，透波窗口在其头部方向产生很大的雷达散射截面贡献，约占其头部RCS的40%~50%，给自身生存能力和突防能力构成巨大威胁。因此，解决透波窗口的电磁对抗及隐身问题对于解决武器装备侦察与反侦察、探测与反探测、精确打击和突防能力之间的矛盾至关重要；随着现代战场电子对抗手段的日臻复杂，透波窗口需要根据雷达工作时序的不同，既可以开通保障精确制导，同时又能够快速关闭实现抗干扰、隐身的目标，这就要求透波窗口感知环境（包括内环境和外环境）刺激，并对之进行分析、处理、判断，并通过控制透波窗口的传输特性进行适度响应，使其成为具备感知、驱动和控制的功能智能透波窗口。
[0003]有源频率选择表面（Active Frequence Selective Surfaces，简称AFSS）通常是由金属结构表面与电子元器件（例如，变容二极管、PIN二极管）或功能开关材料（例如，聚苯胺、液晶材料）或等离子体等复合而成，利用电控、光控或磁控等方式，实现电磁波传输特性的调控，最终实现雷达开关的目标。因此，作为智能透波窗口的重要执行模块，具有电磁开关功能的有源频率选择表面将是设计武器装备智能透波窗口，实现飞行器隐身、抗干扰的最佳技术途径。
[0004]加载电控集总元件的有源频率选择表面结构设计存在两大难题，一是如何消除电控集总元件偏置馈电网络对窗口透波的影响；二是如何解决电控集总元件LC值与频率选择表面金属谐振图案等效LC值匹配与兼容的问题。目前公开报道的有源频率选择表面研究热点聚焦于难题一，国内外关于难题二尚未有可行的技术方案；难题二的物理机理描述如下：有源频率选择表面结构是基于、工作的，其中，f0是频率选择表面滤波中心频点，f
0r
含义为频率选择表面置于电介质内部时，中心频点与电介质相对介电常数之间的关系；L、C为频率选择表面金属图案的等效电感、电容，为频率选择表面阻抗匹配或支撑金属贴片用的电介质，通过加载可控的有源器件或材料，通过改变L、C或进而实现对频率选择表面电磁传输特性调控的目标。目前公开报道的加载电控有源器件的有源频率选择表面结构，其等效LC值包含了金属谐振图案LC值与电控有源器件的LC值，此时，当我们在设计X波段（8GHz~12GHz）以及频率更高的有源频率选择表面时，由于现有电控集总元件等效电容大多是0.1pF量级，而此时采用金属结构表面设计的频率选择表面等效电容为0.01pF量级，当两种不同量级的电容集成后，电控有源器件的LC值将主导频率选择表面滤波特性，高频有源频率选择表面金属图案等效的LC值被忽略，进而高频频率选择表面设计失效。为了解决难题二，电控集总元件LC值与频率选择表面金属谐振图案等效LC值匹配与兼容的问题，本专利技术提出一种有源频率选择表面结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种有源频率选择表面结构，能够解决电控集总元件LC值与频率选择表面金属谐振图案等效LC值匹配与兼容的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：本专利技术提供的有源频率选择表面结构，包括结构周期单元、金属贴片和有源措施，结构周期单元在水平方向与垂直方向拓扑得到有源频率选择表面结构，金属贴片安装在有源频率选择表面结构上，有源措施加载在有源频率选择表面结构上。
[0007]优选地，结构周期单元包括电介质层、非金属过孔和金属图案，在电介质层上开设有用于加载有源措施的非金属过孔，在电介质层上还形成金属图案。
[0008]优选地，金属贴片的图案包括十字形金属贴片与方环形金属贴片。
[0009]优选地，金属图案包括电感性周期金属图案与电容性周期金属图案，电感性周期金属图案的一侧对应安装十字形金属贴片，电容性周期金属图案的一侧对应安装方环形金属贴片。
[0010]优选地，加载有源措施为在有源频率选择表面结构上加载电控集总元件。
[0011]优选地，加载有源措施为在有源频率选择表面结构上加载氧化钒薄膜。
[0012]优选地，加载有源措施为在有源频率选择表面结构上基于高能微波电离空气方法进行加载。
[0013]优选地，当通过加载电控集总元件实现有源频率选择表面透波开关时，电介质层为聚酰亚胺，厚度为0.3~0.5毫米。
[0014]优选地，当通过加载氧化钒薄膜实现有源频率选择表面透波开关时，电介质层为聚酰亚胺，厚度为0.1~0.4毫米，非金属过孔内部的填充物为氧化钒薄膜与金属圆柱。
[0015]优选地，当基于高能微波电离空气方法实现有源频率选择表面透波开关时，电介质层为聚酰亚胺，厚度为0.1~0.4毫米，在电介质层的四个侧壁上开设有通孔，非金属过孔内部的填充物为氧化钒薄膜与金属圆柱。
[0016]本专利技术能够取得如下技术效果：1、通过电感性周期表面与电容性周期表面耦合的机理设计有源频率选择表面结构，将电控有源器件或温控氧化钒置于非金属过孔，控制两层金属贴片的电连通与断开，实现有源频率选择表面通带透波开与关，解决电控集总元件LC值与FSS金属谐振图案等效LC值匹配与兼容的问题。
[0017]2、通过提出的有源频率选择表面结构的独立式馈电网络，每个电控元器件都是并联形式，从根本上消除有源频率选择表面馈电网络存在的工艺拓展性问题、极化问题以及功耗问题。
[0018]3、通过本申请的特殊有源频率选择表面结构，导致有源措施自身的等效LC值不参与有源频率选择表面的等效LC计算，所以不再对电控集总元件的LC值有任何约束条件，传统约束的最大问题是高频有源选择频率表面需要更小的C，目前可用的电控集总元件大部分不满足，能满足的价格非常贵，而且依赖进口，但是本申请的特殊有源频率选择表面结构将会极大地降低有源频率选择表面的成本。
[0019]4、通过温控氧化钒以及高能微波击穿空气电离等方式，丰富有源频率选择表面技术实现途径。
附图说明
[0020]图1是根据本专利技术实施例提供的结构周期单元的结构示意图。
[0021]图2是根据本专利技术实施例提供的有源频率选择表面结构的几何参数示意图。
[0022]图3是根据本专利技术实施例提供的加载电控集总元件的有源频率选择表面开关两种状态下的透波曲线示意图。
[0023]图4是根据本专利技术实施例提供的加载电控集总元件的馈电网络示意图。
[0024]图5是根据本专利技术实施例提供的加载氧化钒薄膜的非金属过孔结构示意图。
[0025]图6是根据本专利技术实施例提供的基于高能微波电离空气方法的电介质层的结构示意图。
[0026]其中的附图标记包括：电介质层1、非金属过孔2、十字形金属贴片3、方环形金属贴片4、氧化钒薄膜5、金属圆柱6、通孔7、直流导线8、第一曲线9、第二曲线10。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源频率选择表面结构，其特征在于，包括结构周期单元、金属贴片和有源措施，所述结构周期单元在水平方向与垂直方向拓扑得到有源频率选择表面结构，所述金属贴片安装在所述有源频率选择表面结构上，所述有源措施加载在所述有源频率选择表面结构上。2.如权利要求1所述的有源频率选择表面结构，其特征在于，所述结构周期单元包括电介质层（1）、非金属过孔（2）和金属图案，在所述电介质层（1）上开设有用于加载所述有源措施的非金属过孔（2），在所述电介质层（1）上还形成金属图案。3.如权利要求2所述的有源频率选择表面结构，其特征在于，所述金属贴片的图案包括十字形金属贴片（3）与方环形金属贴片（4）。4.如权利要求3所述的有源频率选择表面结构，其特征在于，所述金属图案包括电感性周期金属图案与电容性周期金属图案，所述电感性周期金属图案的一侧对应安装所述十字形金属贴片（3），所述电容性周期金属图案的一侧对应安装所述方环形金属贴片（4）。5.如权利要求2所述的有源频率选择表面结构，其特征在于，加载所述有源措施为在所述有源频率选择表面结构上加载电控集总元件。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐念喜，高劲松，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：