一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面及圆形波导制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面及圆形波导，其中圆环形能量选择表面包括：外边缘为圆形的介质基板（1），设置在所述介质基板（1）一侧的电磁感应结构层（2）；所述电磁感应结构层（2）包括：金属圆环（21）和布置在所述金属圆环（21）与所述介质基板（1）外边缘之间的环形网状结构（22）；所述环形网状结构（22）的内环边与所述金属圆环（21）相导通；所述环形网状结构（22）的外环边与所述介质基板（1）的外边缘相齐平的设置，用于与圆形波导的内壁相导通；所述环形网状结构（22）包括：规则阵列的多个十字金属贴片（221），用于连接所述十字金属贴片的相变材料填充段（222）。金属贴片的相变材料填充段（222）。金属贴片的相变材料填充段（222）。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面及圆形波导


[0001]本专利技术涉及强电磁脉冲防护领域，尤其涉及一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面及圆形波导。

技术介绍

[0002]强电磁脉冲是一种高能量的脉冲电磁场，根据其脉冲源的类型可分为自然电磁脉冲和人工电磁脉冲两类。这些电磁脉冲具有其峰值场强高，脉冲前沿短、不受气候影响等特点，可以通过多种途径耦合进入电子系统，对系统的正常工作造成不同程度的影响。
[0003]电磁脉冲的耦合途径主要分为“前门”耦合和“后门”耦合两类。“前门”耦合是通过射频天线前端耦合进入天线的接收链路中，继而进入到接收机的敏感部件中对接收机造成影响。“后门”耦合则是通过电子系统的屏蔽壳体上的孔缝等结构的泄露使电磁脉冲场进入设备内部，或者在设备之间的互连线缆上感应出大电流继而沿线缆进入设备内部。
[0004]波导作为雷达接收机前端最常用的传输线，具有功率容量高、传输损耗小等特点。目前常用的波导限幅器有等离子体限幅器，其耐受功率大，但是加工和制备较为复杂和困难，而且具有较长的恢复时间，在面对当前脉冲串式的HPM攻击时往往难以达到要求。
[0005]近年来，能量选择表面作为一种新型的前门防护措施受到了众多学者的广泛关注和研究。
[0006]例如，中国专利申请CN101754668B公开了一种电磁能量选择表面装置，提出了一种针对“前门”的自适应强电磁防护装置—能量选择表面，该装置实现了对于L频段下的防护。其工作原理为当低功率的电磁波入射时，二极管两端感应电压低，ESS为周期排布的十字形结构，电磁波自由通过。高功率的电磁波入射时，二极管两端感应电压达到二级管导通电压，ESS为完整十字网，对电磁波进行屏蔽。由于能量选择表面可以在不影响需防护的电子设备正常工作的前提下对场强较大的电磁波进行防护，其提出和设计对于强电磁脉冲的防护具有重要意义。
[0007]此外，能量选择表面具有的设计灵活、启动速度快、恢复时间短等优点为其在波导中的强电磁脉冲防护提供了一定的潜力。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面及圆形波导，用于解决传统波导限幅器中存在的加工、制备较为复杂，恢复时间较长等的问题。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面，包括：外边缘为圆形的介质基板，设置在所述介质基板一侧的电磁感应结构层；所述电磁感应结构层包括：金属圆环和布置在所述金属圆环与所述介质基板外边缘之间的环形网状结构；所述环形网状结构的内环边与所述金属圆环相导通；所述环形网状结构的外环边与所述介质基板的外边缘相齐平的设置，用于与圆形
波导的内壁相导通；所述环形网状结构包括：规则阵列的多个十字金属贴片，用于连接所述十字金属贴片的相变材料填充段。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述金属圆环与所述介质基板同轴的设置。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述十字金属贴片呈矩形阵列的设置，且相邻的所述十字金属贴片采用所述相变材料填充段相连接。
[0012]根据本专利技术的一个方面，处于所述环形网状结构内环边的所述十字金属贴片和所述相变材料填充段分别与所述金属圆环相连接；其中，处在所述环形网状结构内环边的所述十字金属贴片和所述相变材料填充段基于所述金属圆环外边缘的形状进行匹配的切除设置；处于所述环形网状结构外环边的所述十字金属贴片和所述相变材料填充段分别与所述圆形波导的内壁相连接；其中，处在所述环形网状结构外环边的所述十字金属贴片和所述相变材料填充段基于所述介质基板外边缘的形状进行匹配的切除设置。
[0013]根据本专利技术的一个方面，处于所述环形网状结构内环边和处于所述环形网状结构外环边的所述十字金属贴片采用导电胶与所述金属圆环和所述圆形波导的内壁粘接；所述介质基板、所述金属圆环和所述圆形波导的内壁采用介电粘贴剂粘连；处于所述环形网状结构内环边和处于所述环形网状结构外环边的所述相变材料填充段采用介电粘贴剂与所述金属圆环和所述圆形波导的内壁粘接。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述导电胶的粘接厚度为0.1~0.3mm，粘度为1800~2000cps，体积电阻率为9
×
10
‑3Ω
•
cm；所述介电粘贴剂的粘接厚度为0.1~0.3mm，粘度为1800~2000cps。
[0015]根据本专利技术的一个方面，所述十字金属贴片长度为4mm，宽度为4mm；所述十字金属贴片具有四个相互垂直设置的连接臂，且所述连接臂的宽度为0.5mm。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述金属圆环的内径d满足：60mm≥d≥20mm，径向宽度为：1mm。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述相变材料填充段的长度为1mm；所述相变材料填充段采用二氧化钒填充段，其介质态时的介电常数为9，金属态时电导率为50s/m。
[0018]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种采用前述的应用于圆形波导的圆环形能量选择表面的圆形波导，包括：圆形波导主体，设置在所述圆形波导主体内的圆环形能量选择表面；所述圆形波导主体其可在1.45至1.55GHz的范围内传输TM
01
模式以及TE
11
模式；所述圆环形能量选择表面包括：外边缘为圆形的介质基板，设置在所述介质基板一侧的电磁感应结构层；所述电磁感应结构层包括：金属圆环和布置在所述金属圆环与所述介质基板外边缘之间的环形网状结构；所述环形网状结构的内环边与所述金属圆环相导通；所述环形网状结构的外环边与所述圆形波导主体的内壁相导通。
[0019]根据本专利技术的一种方案，本专利技术根据圆形波导中不同模式的截止波长不同，通过设计圆环形能量选择表面，当低功率的电磁波传输时，圆环形能量选择表面不工作，从而使得TM
01
和TE
11
模式的电磁波可以自由通过，而当高功率的电磁波传输时，圆环形能量选择表面工作，从而等效降低了波导的直径，使得TE
11
与TM
01
模式的电磁波截止，从而获得针对圆波导中不同模式的强电磁信号的防护作用。相较于现有技术而言，该专利技术使用了圆环形ESS而非完整的圆形ESS，在降低了相变器件的使用量的基础上仍然具有较好的对于TE
11
和TM
01
的防护效果。
[0020]根据本专利技术的一种方案，本专利技术针对传统波导限幅器中存在的加工、制备较为复杂，恢复时间较长等问题，将能量选择表面与圆形波导相结合，有效降低了传统圆形波导限幅器加工、制备复杂且恢复时间长的弊端。此外，本专利技术的能量选择表面通过使用二氧化钒填充端替代了PIN二极管作为相变器件，进一步加快了能量选择表面的响应速度。
[0021]根据本专利技术的一种方案，相变材料填充段采用二氧化钒填充段，其介质态时的介电常数为9，金属态时电导率为50s/m。其具有在高功率电磁波照射下相变的特性，相变场强为38.4kV/m，使得能量选择表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于圆形波导的圆环形能量选择表面，其特征在于，包括：外边缘为圆形的介质基板（1），设置在所述介质基板（1）一侧的电磁感应结构层（2）；所述电磁感应结构层（2）包括：金属圆环（21）和布置在所述金属圆环（21）与所述介质基板（1）外边缘之间的环形网状结构（22）；所述环形网状结构（22）的内环边与所述金属圆环（21）相导通；所述环形网状结构（22）的外环边与所述介质基板（1）的外边缘相齐平的设置，用于与圆形波导的内壁相导通；所述环形网状结构（22）包括：规则阵列的多个十字金属贴片（221），用于连接所述十字金属贴片的相变材料填充段（222）。2.根据权利要求1所述的圆环形能量选择表面，其特征在于，所述金属圆环（21）与所述介质基板（1）同轴的设置。3.根据权利要求2所述的圆环形能量选择表面，其特征在于，所述十字金属贴片（221）呈矩形阵列的设置，且相邻的所述十字金属贴片（221）采用所述相变材料填充段（222）相连接。4.根据权利要求3所述的圆环形能量选择表面，其特征在于，处于所述环形网状结构（22）内环边的所述十字金属贴片（221）和所述相变材料填充段（222）分别与所述金属圆环（21）相连接；其中，处在所述环形网状结构（22）内环边的所述十字金属贴片（221）和所述相变材料填充段（222）基于所述金属圆环（21）外边缘的形状进行匹配的切除设置；处于所述环形网状结构（22）外环边的所述十字金属贴片（221）和所述相变材料填充段（222）分别与所述圆形波导的内壁相连接；其中，处在所述环形网状结构（22）外环边的所述十字金属贴片（221）和所述相变材料填充段（222）基于所述介质基板（1）外边缘的形状进行匹配的切除设置。5.根据权利要求4所述的圆环形能量选择表面，其特征在于，处于所述环形网状结构（22）内环边和处于所述环形网状结构（22）外环边的所述十字金属贴片（221）采用导电胶与所述金属圆环（21）和所述圆形波导的内壁粘接；所述介质基板（1）、所述金属圆环（21）和所述圆形波导的内壁采用介电粘贴剂粘连；...

【专利技术属性】
技术研发人员：程彦清，陈琦，董晋岐，林书芸，胡玥，张小京，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：