一种宽带非互易透波传输电磁表面制造技术

本发明专利技术为一种宽带非互易透波传输电磁表面，由多个结构相同的宽带非互易透波单元周期排列构成；宽带非互易透波单元由上宽带天线单元、宽带单向电路和下宽带天线单元级联构成；上宽带天线单元与下宽带天线单元水平设置，二者结构相同、极化相同、辐射方向相反、接收方向相反，均具有宽带收发特性；宽带单向电路为立式结构，位于上宽带天线单元与下宽带天线单元之间，包括电路层、金属接地孔组、第一介质层、金属夹层、第二介质层、使能控制线和偏置控制线；在工作状态时对上宽带天线单元和下宽带天线单元接收到的电磁波分别具有幅度非互易传输特性，实现对电磁波的非互易透波传输。本发明专利技术可以满足单向电磁屏蔽、抗干扰以及隐身雷达天线罩等应用。天线罩等应用。天线罩等应用。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带非互易透波传输电磁表面


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及电磁场与微波
中的一种宽带非互易透波传输电磁表面，可用于单向电磁屏蔽、抗干扰以及全频段隐身雷达天线罩应用中。

技术介绍

[0002]传统雷达天线罩通常在工作频率上是电磁互易的，对接收和辐射电磁波具有相同的频率响应特性。非互易透波电磁表面由于具有对从其两侧同极化入射电磁波不同的频率响应特性，能够实现空间电磁单向阀的作用，因此在抗干扰、单向电磁屏蔽、全频段电磁隐身和全双工通信系统等应用中具有广阔的前景。电磁波的非互易传输必须打破时间反转对称性，目前非互易透波电磁表面的实施方式可分为四类：第一是采用基于铁氧体的磁性材料加载，利用磁性材料在特定磁场下的法拉第旋转效应实现对电磁波极化特性的改变，从而打破时间反转对称性实现非互易透波传输，然而磁性材料笨重、损耗大、难以控制的特点限制了其应用；第二是采用非线性材料，这种材料在电磁波传播方向上具有不对称变化的介电常数、磁带率等电磁参数，在电磁波功率较大时能实现非互易透波传输，其较大的尺寸和功率要求限制了其应用；第三是采用时空调制表面，在有源频率选择表面的基础上给偏置网络中加载射频信号，引入非线性源以改变入射电磁波频谱特性，从而打破时间反转对称性，实现电磁波的非互易传输，然而其难以同步、可操作频带窄的问题限制了其应用；第四是加载晶体管，晶体管本身具有对电磁波的单向传输特性，因此可以通过加载晶体管模拟磁性材料的法拉第旋转效应，或者通过构造“天线
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晶体管电路
‑
天线”单元，实现电磁波的非互易传输。基于“天线
‑
晶体管电路
‑
天线”单元的非互易透波电磁表面具有无磁、无旋、结构简单、易于实现的优点。在实际应用中，雷达、通信系统多工作在宽带范围内，因此需要设计具有稳定的宽带非互易透波传输特性的电磁表面，然而目前已提出的相关设计均只能在低频窄带范围内工作，无法在较高频段内实现稳定的宽带非互易透波，从而限制了其实际应用。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，弥补非互易透波传输电磁表面在宽带设计领域内的空白，提出了一种具有宽带非互易透波传输特性的电磁表面，旨在解决现有非互易电磁结构无法保持高频宽带范围内稳定的非互易传输性能的问题，可以满足单向电磁屏蔽、抗干扰以及全频段隐身雷达天线罩等应用。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种宽带非互易透波传输电磁表面，由多个结构相同的宽带非互易透波单元周期排列构成；
[0006]所述宽带非互易透波单元由上宽带天线单元、宽带单向电路和下宽带天线单元级联构成；
[0007]所述上宽带天线单元与下宽带天线单元水平设置，二者结构相同、极化相同、辐射
方向相反、接收方向相反，均具有宽带收发特性；所述宽带单向电路为立式结构，位于所述上宽带天线单元与下宽带天线单元之间，包括电路层、金属接地孔组、第一介质层、金属夹层、第二介质层、使能控制线和偏置控制线；在工作状态时对上宽带天线单元和下宽带天线单元接收到的电磁波分别具有幅度非互易传输特性，实现对电磁波的非互易透波传输。
[0008]在一个实施例中，所述上宽带天线单元包括上辐射贴片、上介质基板、上金属背板和上金属化通孔；
[0009]所述上辐射贴片印制在上介质基板上表面，并与贯穿介质基板的上金属化通孔相连；所述上金属背板印制在介质基板下表面，在上金属化通孔处有轴心重合且半径略大于金属化通孔的圆形孔隙。
[0010]在一个实施例中，所述下宽带天线单元包括下辐射贴片、下介质基板、下金属背板和下金属化通孔；
[0011]所述下辐射贴片印制在下介质基板下表面，并与贯穿下介质基板的下金属化通孔相连；所述下金属背板印制在下介质基板上表面，在下金属化通孔处有轴心重合且半径略大于金属化通孔的圆形孔隙。
[0012]在一个实施例中，所述电路层包括上微带传输线、下微带传输线、宽带单向放大电路、使能连接线、偏置连接线和金属覆层；
[0013]所述上微带传输线下端与宽带单向放大电路的输入端相连，上端与上金属化通孔相连且与上金属背板不相连；所述下微带传输线上端与宽带单向放大电路的输出端相连，下端与下金属化通孔相连且与下金属背板不相连；所述使能连接线一端与宽带单向放大电路的使能端相连，另一端通过贯穿第一介质层的金属化通孔与使能控制线相连；所述偏置连接线一端与宽带单向放大电路的偏置端相连，另一端通过贯穿第二介质层的金属化通孔与偏置控制线相连；
[0014]所述上微带传输线、下微带传输线、宽带单向放大电路、使能连接线和偏置连接线连接形成组合体；所述金属覆层与所述组合体之间有间隙，并在靠近其边缘处通过贯穿第一介质层的金属接地孔组与金属夹层相连，以保证宽带信号的稳定传输，所述金属覆层的上下端还分别与上金属背板、下金属背板充分连接。
[0015]在一个实施例中，所述金属夹层在连接使能连接线、偏置连接线的金属化通孔处和连接使能控制线、偏置控制线的金属化通孔处有轴心重合且半径略大于金属化通孔的圆形孔隙。
[0016]在一个实施例中，在所述使能控制线和地板之间加载使能电压Ven以控制宽带单向放大电路的开关状态，Ven取值与宽带单向放大电路型号有关，例如，宽带单向放大电路型号为GRF2710时，Ven取值需大于1.8V。
[0017]在一个实施例中，在所述偏置控制线和地板之间加载使能电压Vdd以控制宽带单向放大电路的非互易传输特性，Vdd取值与宽带单向放大电路型号有关，例如，宽带单向放大电路型号为GRF2710时，Vdd取值为0～6V。
[0018]在一个实施例中，所述宽带非互易透波单元中心在同一直线上的相邻单元的宽带单向电路绕上金属化通孔、下金属化通孔中心旋转使其平行于该直线放置，然后延长第一介质层、金属夹层、第二介质层、使能控制线和偏置控制线与相邻单元相连，降低馈电难度。
[0019]在一个实施例中，所述宽带单向电路对上宽带天线单元接收到的电磁波具有单向
放大作用，对下宽带天线单元接收到的电磁波具有反射和吸收作用。
[0020]在一个实施例中，所述宽带单向电路平行于上宽带天线单元与下宽带天线单元的极化方向放置。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]第一，由于本专利技术中的宽带非互易透波单元采用了宽带天线单元和宽带放大电路作为收发和单向非互易传输电磁波的装置，通过模块化分体式连接结构设计，降低了宽带天线单元与宽带放大电路之间的耦合影响，克服了现有技术的非互易透波结构在宽带范围内正反向传输隔离度低的问题，使得本专利技术具有宽带范围内对电磁波的高隔离度非互易透波传输的优点。
[0023]第二，由于本专利技术中的宽带放大电路采用了电路层、金属夹层和使能与偏置控制层的多层结构，通过金属夹层将电路层与偏置控制层分离以减少控制线对电路层传输特性影响，并采用金属接地孔组防止电磁波泄露并保持稳定的宽带传输性能，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带非互易透波传输电磁表面，其特征在于，由多个结构相同的宽带非互易透波单元(1)周期排列构成；所述宽带非互易透波单元(1)由上宽带天线单元(11)、宽带单向电路(12)和下宽带天线单元(13)级联构成；所述上宽带天线单元(11)与下宽带天线单元(13)水平设置，二者结构相同、极化相同、辐射方向相反、接收方向相反，均具有宽带收发特性；所述宽带单向电路(12)为立式结构，位于所述上宽带天线单元(11)与下宽带天线单元(13)之间，包括电路层(121)、金属接地孔组(122)、第一介质层(123)、金属夹层(124)、第二介质层(125)、使能控制线(126)和偏置控制线(127)；在工作状态时对上宽带天线单元(11)和下宽带天线单元(13)接收到的电磁波分别具有幅度非互易传输特性，实现对电磁波的非互易透波传输。2.根据权利要求1所述宽带非互易透波传输电磁表面，其特征在于，所述上宽带天线单元(11)包括上辐射贴片(111)、上介质基板(112)、上金属背板(113)和上金属化通孔(114)；所述上辐射贴片(111)印制在上介质基板(112)上表面，并与贯穿介质基板(112)的上金属化通孔(114)相连；所述上金属背板(113)印制在介质基板(112)下表面，在上金属化通孔(114)处有轴心重合且半径略大于金属化通孔的圆形孔隙。3.根据权利要求2所述宽带非互易透波传输电磁表面，其特征在于，所述下宽带天线单元(13)包括下辐射贴片(131)、下介质基板(132)、下金属背板(133)和下金属化通孔(134)；所述下辐射贴片(131)印制在下介质基板(132)下表面，并与贯穿下介质基板(132)的下金属化通孔(134)相连；所述下金属背板(133)印制在下介质基板(132)上表面，在下金属化通孔(134)处有轴心重合且半径略大于金属化通孔的圆形孔隙。4.根据权利要求3所述宽带非互易透波传输电磁表面，其特征在于，所述电路层(121)包括上微带传输线(1211)、下微带传输线(1212)、宽带单向放大电路(1213)、使能连接线(1214)、偏置连接线(1215)和金属覆层(1216)；所述上微带传输线(1211)下端与宽带单向放大电路(1213)的输入端相连，上端与上金属化通孔(114)相连且与上金属背板(113)不相连；所述下微带传输线(1212)上端与宽带单向放大电路(1213)的输出端相连，下端与下金属化通孔(134)相连且与...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文，葛江诚，洪涛，艾夏，高雨辰，李保珠，高阳，吕政良，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：