超寬可調範圍的有源頻率選擇表面的製作方法

2023-06-02 00:03:16 1

專利名稱：超寬可調範圍的有源頻率選擇表面的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，屬於有源頻率選擇表面技術領域。
背景技術：
頻率選擇表面(FSQ對空間傳輸的電磁波具有良好的濾波性，在工程中應用十分廣泛。主要應用於軍事與民用通信，雷達、天線罩、飛行器隱身方面等，其獨特的電性能也在衛星通信領域得到廣泛應用，同時，也應用於電磁兼容、軍事通信、電子對抗等領域。現在技術中研究的都是無源頻率選擇表面，有其獨特的優點，應用也很廣泛。但是傳統的無源頻率選擇表面一旦加工成型，其諧振頻率、帶寬等特性將無法改變，因此無法適應多變的電磁環境，發揮其良好的諧振特性。

發明內容
本發明是為了解決無源頻率選擇表面被加工成型後，其諧振頻率和帶寬等特性均無法改變，因而無法適應多變的電磁環境的問題，提供一種超寬可調範圍的有源頻率選擇表面。本發明所述超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，它包括介質板、正面上金屬層、正面下金屬層、加載變容二極體、四個加載電感和兩個背面饋電網絡，正面上金屬層和正面下金屬層的形狀相同，均由E字形邊框和兩個短臂組成，E字形邊框的兩個邊端臂的末端分別連接一個短臂的一端，並且該短臂與邊端臂呈直角，該短臂的另一端與E字形邊框的中臂之間具有間隙，正面上金屬層和正面下金屬層的開口相對呈鏡像對稱設置在介質板的正面，兩個 E字形邊框的中臂的末端分別連接加載變容二極體的兩端；兩個背面饋電網絡的結構相同並分布在介質板背面的左右兩側，每個背面饋電網絡均由水平金屬饋線和豎直金屬饋線組成，水平金屬饋線與豎直金屬饋線呈直角連接，每個豎直金屬饋線對應於介質板正面的兩個E字形邊框的一側邊端臂，位於左側的背面饋電網絡中的水平金屬饋線對應於正面上金屬層的一個短臂，該短臂末端、該水平金屬饋線末端及其對應的介質板處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感，所述加載電感的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；位於右側的背面饋電網絡中的水平金屬饋線對應於正面下金屬層的一個短臂，該短臂末端、該水平金屬饋線末端及其對應的介質板處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感，所述加載電感的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；一個背面饋電網絡的豎直金屬饋線的下端通過一個加載電感與正面下金屬層的左下角連接，另一個背面饋電網絡的豎直金屬饋線的上端通過一個加載電感與正面上金屬層的右上角連接。所述四個加載電感的感值相同，均大於0. InH0
本發明的優點是本發明相對於現在的無源頻率選擇表面，提出了一種新的有源頻率選擇表面，它在介質板的背面加載了背面饋電網絡後對整體結構進行一體化仿真設計，可以通過改變加載變容二極體的電容值而實現在大範圍內改變諧振頻率，也可以通過調節加載變容二極體的電容值來實現所需的諧振頻率。本發明的整體結構通過一體化仿真設計，通過改變外置電壓，改變加載變容二極體的電容值，實現諧振頻率的移動，並且移動範圍非常可觀。此外，通過調整該有源FSS結構的尺寸可以調整其阻帶寬度，阻帶中心頻率等。因此，在使用中，可以自行設計該有源FSS 結構各部位的尺寸，同時通過調節加載變容二極體來實現所需要的諧振頻率、阻帶帶寬等特性參數。


圖1為本發明介質板的正面結構示意圖；圖2為圖1中介質板的背面結構透視圖；圖3為圖1的A-A剖視圖；圖4為本發明的諧振頻率曲線圖，其中實線條曲線表示為加載變容二極體的電容值為0. 6pF時的諧振頻率曲線，虛線條表示為加載變容二極體的電容值為6pF時的諧振頻率曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，它包括介質板1、正面上金屬層2-1、正面下金屬層2-2、加載變容二極體3、四個加載電感4和兩個背面饋電網絡5，正面上金屬層2-1和正面下金屬層2-2的形狀相同，均由E字形邊框和兩個短臂組成，E字形邊框的兩個邊端臂的末端分別連接一個短臂的一端，並且該短臂與邊端臂呈直角，該短臂的另一端與E字形邊框的中臂之間具有間隙，正面上金屬層2-1和正面下金屬層2-2的開口相對呈鏡像對稱設置在介質板1的正面，兩個E字形邊框的中臂的末端分別連接加載變容二極體3的兩端；兩個背面饋電網絡5的結構相同並分布在介質板1背面的左右兩側，每個背面饋電網絡5均由水平金屬饋線和豎直金屬饋線組成，水平金屬饋線與豎直金屬饋線呈直角連接，每個豎直金屬饋線對應於介質板1正面的兩個E字形邊框的一側邊端臂，位於左側的背面饋電網絡5中的水平金屬饋線對應於正面上金屬層2-1的一個短臂，該短臂末端、 該水平金屬饋線末端及其對應的介質板1處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感4，所述加載電感4的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；位於右側的背面饋電網絡5中的水平金屬饋線對應於正面下金屬層2-2的一個短臂，該短臂末端、該水平金屬饋線末端及其對應的介質板1處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感4，所述加載電感4的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；一個背面饋電網絡5的豎直金屬饋線的下端通過一個加載電感4與正面下金屬層 2-2的左下角連接，另一個背面饋電網絡5的豎直金屬饋線的上端通過一個加載電感4與正面上金屬層2-1的右上角連接。本實施方式中所述的通孔的設置是為了便於加載電感4將背面饋電網絡5與兩個正面金屬層的連接，在垂直方向上，兩個豎直金屬饋線分別在上下兩端位置與加載電感相連，便於整個FSS結構形成一個連通的電流迴路。
具體實施方式
二 下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述四個加載電感4的感值相同，均大於0. InH0本發明提供了一種可調的有源頻率選擇表面結構，並為之設計了偏置網絡。在實際應用中，加載變容二極體3電容值大小的改變需要外部偏置電壓或電流的配合，即需要配置對應結構的偏置網絡，來實現合理的饋電而且不影響FSS的性能。由圖4可以看出，當加載變容二極體3的電容值由C = O. 6pF變到C = 6pF時，諧振頻率由2. 292GHz減小到 1. 644GHz，這是一個非常大的頻率可調範圍。從等效電路理論的角度分析，本發明的FSS結構可以等效為一個並聯的LC諧振電路，兩個正面金屬層中間的加載變容二極體3等效於在LC諧振電路中的並聯電抗，通過改變偏置電壓或電流，改變變容二極體的電容值，從而使整個電路的諧振特性發生變化，隨著電容值C的逐漸變大，諧振頻率就會不斷的降低。背面饋電網絡5的金屬饋線相當於電感， 整個FSS平面形成一個連通的電流迴路。圖1所示，對所述有源頻率選擇表面的各標記尺寸可選擇如下，X = 29mm, Y = 17mm, L = 25mm, ff=l. 5mm, H = O. 6mm, G = 2mm, P = 6. 5mm。由圖4所示可知，當加載變容二極體3的電容值C = 6pF，加載變容二極體3兩側所加電壓為OV時，所述頻率選擇表面諧振頻率約為1. 6(}hZ，如圖中實線條所示，當加載變容二極體3兩側所加電壓為為30V時，該頻率選擇表面諧振頻率約為2. 27Ghz0可以通過調圖1所示各參數X，Y，L，W，H，G，P以及更換加載變容二極體3來改變該結構的諧振頻率。分別增大或同時增大L，Y，P這四個尺寸會降低諧振頻率，反之則會提高諧振頻率；分別增大或同時增大X，H，G這四個尺寸會使反射帶寬變窄，反之則會使反射帶寬變寬；更換為變電容值較大的變容二極體會使諧振頻率降低，反之則升高。
權利要求
1.一種超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，其特徵在於它包括介質板(1)、正面上金屬層0-1)、正面下金屬層0-2)、加載變容二極體(3)、四個加載電感(4)和兩個背面饋電網絡(5)，正面上金屬層(2-1)和正面下金屬層0-2)的形狀相同，均由E字形邊框和兩個短臂組成，E字形邊框的兩個邊端臂的末端分別連接一個短臂的一端，並且該短臂與邊端臂呈直角，該短臂的另一端與E字形邊框的中臂之間具有間隙，正面上金屬層0-1)和正面下金屬層0-2)的開口相對呈鏡像對稱設置在介質板(1) 的正面，兩個E字形邊框的中臂的末端分別連接加載變容二極體(3)的兩端；兩個背面饋電網絡(5)的結構相同並分布在介質板(1)背面的左右兩側，每個背面饋電網絡(5)均由水平金屬饋線和豎直金屬饋線組成，水平金屬饋線與豎直金屬饋線呈直角連接，每個豎直金屬饋線對應於介質板(1)正面的兩個E字形邊框的一側邊端臂，位於左側的背面饋電網絡(5)中的水平金屬饋線對應於正面上金屬層的一個短臂，該短臂末端、該水平金屬饋線末端及其對應的介質板(1)處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感G)，所述加載電感的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；位於右側的背面饋電網絡(5)中的水平金屬饋線對應於正面下金屬層(2-2)的一個短臂，該短臂末端、該水平金屬饋線末端及其對應的介質板(1)處均設置通孔，該通孔內設置一個加載電感G)，所述加載電感的兩端分別與該短臂和水平金屬饋線連接；一個背面饋電網絡( 的豎直金屬饋線的下端通過一個加載電感(4)與正面下金屬層 (2-2)的左下角連接，另一個背面饋電網絡(5)的豎直金屬饋線的上端通過一個加載電感 (4)與正面上金屬層的右上角連接。
2.根據權利要求1所述的超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，其特徵在於所述四個加載電感⑷的感值相同，均大於0. InH0
全文摘要
超寬可調範圍的有源頻率選擇表面，屬於有源頻率選擇表面技術領域。它解決了無源頻率選擇表面被加工成型後，其諧振頻率和帶寬等特性均無法改變，因而無法適應多變的電磁環境的問題。它包括介質板、正面上金屬層、正面下金屬層、加載變容二極體、四個加載電感和兩個背面饋電網絡，正面上金屬層和正面下金屬層的開口相對呈鏡像對稱設置在介質板的正面，兩個背面饋電網絡的結構相同並分布在介質板背面的左右兩側，每個背面饋電網絡均由水平金屬饋線和豎直金屬饋線組成，水平金屬饋線與豎直金屬饋線呈直角連接，通過改變加載變容二極體的電容值可實現在大範圍內改變諧振頻率。本發明作為一種有源頻率選擇表面。
文檔編號H01P1/20GK102496754SQ20111040634
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者傅佳輝, 吳群, 孟繁義, 張狂, 張諒, 李宛露, 楊國輝, 洮爾根 申請人:哈爾濱工業大學