一种宽带能量选择表面制造技术

本发明专利技术公开了一种具有宽带特性的、能够通过感知空间电磁场强度从而自适应的调整自身电磁特性的一种新型电磁防护材料——宽带能量选择表面（Wideband Energy Selective Surface,WESS）。相比于传统的ESS，WESS具有更宽的防护频带和更高的屏蔽效能。本发明专利技术通过仿真方法、结构设计、仿真优化等步骤全面对WESS进行设计。在本设计中，采用了一款体积小、寄生电容小、反应灵敏的肖特基二极管，并提取了开关状态下的两种等效电路。以二极管的开关状态模拟入射电磁波的高低功率。然后分别将两种等效电路加载到设计的结构中，通过仿真优化得出两种状态下的频率响应，实现要求的宽防护频带和高屏蔽效能。和高屏蔽效能。和高屏蔽效能。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带能量选择表面


[0001]本专利技术属于电磁场与微波
，具体涉及一种宽带能量选择表面。

技术介绍

[0002]当前世界各国都在电子设备的电磁防护领域投入了大量的研究精力。其中，具有电磁防护功能的电磁材料是近年来研究人员关注的重点，也是当今面对电子干扰威胁最有效的防护和威慑的关键技术之一。不仅如此，在民用领域，随着个人信息电子化的趋势逐步加强，日益复杂的电磁污染和干扰都对个人隐私造成了极大的威胁，对特定频段电磁波的防护设计也成为了极具市场潜力的隐私保护手段之一。然而，当前的电磁材料设计往往只针对了低功率的隐身、频率选择等功能，在面对具有大功率的微波辐射时，电磁材料将会受到强大功率的冲击，电磁功能存在较大的局限性，甚至丧失其预设功能。因此，在众多研究人员的努力下，能量选择表面技术(Energy selective surface,ESS)应运而生。
[0003]然而，随着电磁环境复杂性的日益加剧，传统的ESS防护已显得捉襟见肘。主要是因为在设计ESS结构时，需要同时兼顾透波和防护两种工作模式，这使得设计出来的结构往往具有较窄的工作频带。因此，研究宽带ESS有助于打开ESS设计的瓶颈，拓宽ESS的应用领域，推动电磁防护的研究进展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种宽带的能量选择表面，能够通过感知空间电磁场，从而自适应地调整自身电磁特性，具有较宽的工作频带。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种宽带能量选择表面(WESS)，为双层结构，包括上层介质层和下层介质层，上、下层介质层通过空气间隙层隔开；所述介质层包括PTFE介质基板以及蚀刻于其上的金属单元，所述金属单元包括金属箭头和二极管，所述金属箭头首尾之间留有间隙，在间隙之间焊接所述二极管。
[0007]作为优选，所述金属箭头结构打印在PTFE介质基板上，所述二极管为肖特基势垒二极管。
[0008]作为优选，金属单元为对称单元，包括第一金属双箭头和第二金属双箭头，该金属单元上部分、下部分对称设置第一金属双箭头，中间部分设置第二金属双箭头；其中，第一金属双箭头的箭头垂直指向介质板内侧，双箭头的连接部贴近介质板边缘设置；第二金属双箭头的箭头垂直指向介质板的边缘，首尾分别通过所述二极管与上、下部分的第一金属双箭头连接。
[0009]作为优选，二极管为肖特基势垒二极管，当入射电磁波小于一定功率时，感应电压不足以使二极管导通，二极管等效为一个电容；当入射电磁波大于等于一定功率时，感应电压能够使二极管导通，二极管等效为电感电阻的串联。
[0010]作为优选，根据WESS的工作频段，介质基底材料为Rogers5880或PTFE，金属单元材
料为铜或金或铝。
[0011]作为优选，所述金属箭头首尾的间隙距离不能超过二极管的封装尺寸，否则难以焊接。
[0012]本专利技术还公开了一种宽带能量选择表面的工作方法，当10V/m以下的低功率电磁波入射时，感应电压不足以使二极管导通，此时二极管等效为电容，整体宽带能量选择表面表现为宽带透波；当1000V/m高功率电磁波入射时，感应电压足以使二极管导通，此时二极管等效为电感和电阻的串联，整体结构表现为宽带屏蔽。
[0013]有益效果
[0014]1.本专利技术的WESS具有空间电磁场自适应能力，与传统有源FSS的防护相比，不需要馈电系统和外加偏置电路，实现了低功率透过，高功率反射的电磁防护效果。
[0015]2.本专利技术的WESS采用双层结构，与一般能量选择表面(ESS)相比，同时实现了低功率下的宽带透波和高功率下的宽带防护，并且透波时具有较低的插入损耗，防护频带也有较高的屏蔽效能，拓宽了工作频带，提高了防护效果。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一个实施例的WESS的整体结构示意图；
[0017]图2是本专利技术一个实施例的WESS的介质板结构示意图；
[0018]图3是本专利技术一个实施例的NSR201MX的等效电路；
[0019]图4是本专利技术一个实施例的WESS在二极管断开状态时的仿真结果图；
[0020]图5是本专利技术一个实施例的WESS在二极管导通状态时的仿真结果图。
具体实施方式
[0021]为了更加清楚明白地阐明本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0022]如图1至图2所示，本专利技术实例的WESS为双层结构，包括上层介质层和下层介质层，上、下层介质层通过空气间隙层隔开。与一般能量选择表面(ESS)相比，同时实现了低功率下的宽带透波和高功率下的宽带防护，并且透波时具有较低的插入损耗，防护频带也有较高的屏蔽效能。介质层包括PTFE介质基板，以及在PTFE介质基板表面打印的箭头形金属单元，以及肖特基势垒二极管。箭头形金属单元首尾之间存在间隙，二极管焊接于该间隙中。
[0023]其中，箭头形金属单元为对称单元，其上部分、下部分为连接的双箭头，箭头垂直指向介质板内侧，双箭头连接的部分贴近介质板的边缘设置；中间部分也为连接的双箭头，该部分的双箭头的箭头首尾分别通过二极管与上部分的箭头、下部分的箭头连接。
[0024]本实施例中，二极管采用了一款体积小、寄生电容小、反应灵敏的肖特基二极管，并提取了开关状态下的两种等效电路。以二极管的开关状态模拟入射电磁波的高低功率。
[0025]如图3所示，是该二极管数据手册上的等效电路，当低功率电磁波入射时感应电压较小不足以使二极管导通，此时二极管等效为一个电容；当高功率电磁波入射时感应电压较大使二极管导通，此时二极管等效为电感电阻的串联。如图4所示，是WESS加载二极管断
开状态等效电路的仿真结果，用以模拟低功率电磁波的入射情况。如图5所示，是WESS加载二极管导通状态等效电路的仿真结果，用以模拟高功率电磁波的入射情况。图中参数p指单元的周期，d指第一金属双箭头底部的长度，t指第二金属双箭头首尾距离，g指第二金属双箭头连接部分的长度，w指所有箭头连接部分的宽度，b指金属箭头的宽度，s指金属箭头首尾的间隙距离，h指介质层的厚度，m指空气层的厚度，C指二极管断开时的等效电容，L和R指二极管导通时等效的电感和电阻。各参数均通过仿真实验获得，通过扫参优化获得最佳具体数值。其中二极管参数设置来自其数据手册。
[0026]图中其中各参数具体数值：
[0027]p＝5mm,d＝3mm,t＝1.9mm,g＝0.5mm,w＝0.3mm,b＝1.3mm,s＝0.4mm,h＝1mm,m＝11.5mm,C＝0.15pF,L＝0.45nH,R＝1.5Ω.
[0028]本专利技术公开的自适应改变电磁特性的WESS，是一种宽带的能够通过感知空间电磁场，通过入射波功率的大小改变二极管的通断状态，从而自适应的调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带能量选择表面，其特征在于，所述宽带能量选择表面为双层结构，包括上层介质层和下层介质层，上、下层介质层通过空气间隙层隔开；所述介质层包括PTFE介质基板以及蚀刻于其上的金属单元，所述金属单元包括金属箭头和二极管，所述金属箭头首尾之间留有间隙，在间隙之间焊接所述二极管。2.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面，其特征在于，所述金属单元为对称单元，包括第一金属双箭头和第二金属双箭头，该金属单元上部分、下部分对称设置第一金属双箭头，中间部分设置第二金属双箭头；其中，第一金属双箭头的箭头垂直指向介质板内侧，双箭头的连接部贴近介质板边缘设置；第二金属双箭头的箭头垂直指向介质板的边缘，首尾分别通过所述二极管与上、下部分的第一金属双箭头连接。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，汤磊，黄佳慧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：