一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面制造技术

本发明专利技术公开一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面及应用，频率选择表面包括M

【技术实现步骤摘要】
一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面


[0001]本专利技术属于微波
，特别涉及一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面，可应用于有抗电磁干扰及电磁隐身需求领域的相关器件中。

技术介绍

[0002]频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是由大量相同单元排列组合的二维周期性结构，其具有对电磁波具有频率极化等的选择性。
[0003]由于其特殊的空间滤波特性，FSS广泛应用于天线罩，电磁屏蔽和反射器等多个领域。当敌方探测雷达和我方雷达于不同频段工作时，加载了FSS的天线罩能够实现在我方雷达工作频段透射电磁波，保证我方天线正常工作而在其余频段内将电磁波进行反射。在其他方面例如移动通信，应用FSS屏蔽层能够对形式与种类越来越多的各通信系统间信号的干扰问题进行改善，使通信设备工作频带内信号正常通过，而将频段外的信号反射掉。
[0004]可重构频率选择表面(Reconfigurable Frequency Selective Surface，RFSS)是在传统无源频率选择表面的基本结构上添加有源器件和匹配的偏置电路来实现滤波特性的改变特性。目前，可重构频率选择表面主要的技术路线为加载PIN二极管或可变电容二极管来实现滤波特性的改变，因此，目前可重构频率选择表面可主要分为开关型RFSS和调谐型RFSS。
[0005]开关型RFSS，通过加载PIN二极管，实现通带/阻带可切换的滤波响应。目前开关型RFSS的研究主要集中在如何设计出更好的通带与阻带可切换的特性(即在通带对应频带内另一个状态具有良好的阻带效果)、如何独立控制工作状态和极化状态以及如何简化偏置网络上面；调谐型RFSS，主要通过加载可变电容二极管或可变介质材料来实现，调谐型RFSS的研究主要集中在提高调谐精度或范围，受限于现有材料或有源器件的参数调节范围，调谐型RFSS的工作频段仅能够在小范围的调节，无法实现大范围内的移动。
[0006]目前，现有技术仅通过单一器件无法实现频率选择表面透波窗口在宽频域内实现精细调控，因此，将多种调控手段进行组合联合调控的方式成为新的研究热点。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面，该频率选择表面具有宽频段内可调谐特性的小型化低剖面性和可重构特性，主要解决调谐型可重构频率选择表面存在的单元尺寸较大、调谐精度低、透波窗口调节范围小和通带较窄(相对带宽小于40％)的问题中的其中之一或全部。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面，包括M
×
N个二维周期排列的谐振单元，其中M≥3，N≥3，每个所述谐振单元包括自上而下设置的第一可变容性表面单元、无源感性表面单元以及第二可变容性表面单元；
[0010]所述第一可变容性表面单元包括第一介质基板、第一层金属贴片和第二层金属贴
片；
[0011]所述第一层金属贴片设置于第一介质基板的上表面，包括四个第一箭形金属贴片，所述第一箭形金属贴片由第一部分金属贴片和第二部分金属贴片组成，所述第一部分金属贴片的形状为等腰三角形，所述第二部分金属贴片的形状为T形，所述T形的中间部分端部与所述等腰三角形的底边中心连接；四个所述第一箭形金属贴片的等腰三角形的顶角相对，中心对称分布；相邻第一箭形金属贴片的等腰三角形的侧边之间具有缝隙并以第一开关二极管连接；各所述T形的底部中央位置，通过第一可变电容二极管连接一个第二金属连接线；两个相对的所述第一箭形金属贴片的第二部分金属贴片的T形底边的两端分别通过第一电感连接一个第一金属连接线；另两个相对的所述第一箭形金属贴片的第二部分金属贴片的T形底边的两端分别通过第一电感连接一个第三金属连接线；
[0012]所述第二层金属贴片包括四个条带金属贴片，各个条带金属贴片分别通过第一介质基板中的一个第一金属化过孔连接一个第二金属连接线；
[0013]所述第二可变容性表面单元与所述第一可变容性表面单元的结构相同，关于所述无源感性表面单元对称设置，实现超宽带通带特性及宽频段可重构特性。
[0014]在一个实施例中，所述第一层金属贴片中，各所述第一箭形金属贴片相对放置于单元中轴线上，各所述第二金属连接线分别位于单元的四个边缘中点上。
[0015]在一个实施例中，所述第一开关二极管连接在相邻第一箭形金属贴片的等腰三角形的侧边中点之间，控制第一箭形金属贴片的导通与断开，进而控制缝隙中分布电容的大小。
[0016]在一个实施例中，所述第一金属连接线、第二金属连接线和第三金属连接线均为条带形金属贴片，所述第三金属连接线的长度大于所述第一金属连接线的长度，所述第一金属连接线的长度大于所述第二金属连接线的长度；所述第一电感为集总电感。
[0017]相邻的所述谐振单元的第二层金属贴片中，通过条带金属贴片连接。
[0018]在一个实施例中，所述无源感性表面单元包括第二介质基板、第三介质基板和第三层金属贴片；所述第三层金属贴片为感性表面单元，布置于所述第二介质基板下表面或所述第三介质基板上表面，且位于各所述T形的中间部分的投影正下方。
[0019]在一个实施例中，所述第三层金属贴片为十字形网栅金属贴片，相邻的所述谐振单元的无源感性表面单元中，通过十字形网栅金属贴片连接。
[0020]本专利技术具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面可应用于有抗电磁干扰及电磁隐身需求领域的相关器件中。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术采用自上而下依次层叠设置的单元结构，将箭形金属贴片、可变电容二极管和开关二极管构成的可变容性表面单元与感性表面单元进行组合级联形成C
‑
L
‑
C结构的滤波结构，实现了通带的带内平坦及超宽带特性，在0.8dB插损的条件下实现了超过40％的相对带宽且带内无波纹。在利用不同表面间的电磁耦合实现多阶通带的同时，在带外引入了一个传输零点，改善了带外抑制，克服了现有技术中在雷达工作时，带外干扰抑制不足以及在雷达不工作时，宽频带内全频段阻挡外界电磁干扰力度不足的技术问题。
[0023]2、本专利技术采用耦合电场与耦合磁场设计的技术方案，实现单元的小型化，优化了传统频率选择表面单元尺寸较大导致的角度稳定性差的缺点，将单元单元尺寸减小到最低
频通带中心频率所对应波长的10％左右。
[0024]3、本专利技术通过采用可变电容二极管与开关二极管组合设计的技术方案，实现了通带在宽频段内的可重构特性。将可变电容二极管设置在结构的容性缝隙上可通过改变可变电容二极管的容值使频选表面的谐振频率在小范围内的移动，实现通带小范围内的可重构，但由于可变电容二极管容值变化范围有限，因此仅基于可变电容二极管的可重构频率选择表面难以实现大范围的可重构。为了解决上述问题，本专利技术在可变电容二极管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有透波窗口宽频段可重构特性的频率选择表面，包括M
×
N个二维周期排列的谐振单元，其中M≥3，N≥3，其特征在于，每个所述谐振单元包括自上而下设置的第一可变容性表面单元、无源感性表面单元以及第二可变容性表面单元；所述第一可变容性表面单元包括第一介质基板(6)、第一层金属贴片(1)和第二层金属贴片(2)；所述第一层金属贴片(1)设置于第一介质基板(6)的上表面，包括四个第一箭形金属贴片(14)，所述第一箭形金属贴片(14)由第一部分金属贴片(141)和第二部分金属贴片(142)组成，所述第一部分金属贴片(141)的形状为等腰三角形，所述第二部分金属贴片(142)的形状为T形，所述T形的中间部分端部与所述等腰三角形的底边中心连接；四个所述第一箭形金属贴片(14)的等腰三角形的顶角相对，中心对称分布；相邻第一箭形金属贴片(14)的等腰三角形的侧边之间具有缝隙并以第一开关二极管(13)连接；各所述T形的底部中央位置，通过第一可变电容二极管(15)连接一个第二金属连接线(16)；两个相对的所述第一箭形金属贴片(14)的第二部分金属贴片(142)的T形底边的两端分别通过第一电感(17)连接一个第一金属连接线(11)；另两个相对的所述第一箭形金属贴片(14)的第二部分金属贴片(142)的T形底边的两端分别通过第一电感(17)连接一个第三金属连接线(18)；所述第二层金属贴片(2)包括四个条带金属贴片(22)，各个条带金属贴片(22)分别通过第一介质基板(6)中的一个第一金属化过孔(12)连接一个第二金属连接线(16)；所述第二可变容性表面单元与所述第一可变容性表面单元的结构相同，关于所述无源感性表面单元对称设置，实现超宽带通带特性及宽频段可重构...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，唐家晟，姜文，郭帅，葛江诚，戴春亮，艾夏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：