本發(fā)明涉及電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù):
頻率選擇表面結(jié)構(gòu)又稱為“空間濾波器”,是由特定形狀的單元結(jié)構(gòu)通過(guò)周期排列構(gòu)成,是對(duì)空間波進(jìn)行濾波的器件,常用于反射面天線、雷達(dá)吸波和天線罩等場(chǎng)合。
頻率選擇表面的諧振頻率與其周期單元的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)有關(guān),對(duì)于特定的結(jié)構(gòu)尺寸,其諧振頻率往往是固定不變的。但是在跳頻、認(rèn)知無(wú)線電等一些應(yīng)用場(chǎng)景下,需要頻率選擇表面的通帶或阻帶特性能夠根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)隨時(shí)進(jìn)行改變,即通過(guò)外部輸入的控制信號(hào)(如偏置電壓、偏置磁場(chǎng)等),改變頻率選擇表面的通帶或阻帶頻率,滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
近年來(lái),作為頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容,可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)得到廣泛的研究。根據(jù)可調(diào)方式不同,可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)可以分為電可調(diào)、磁可調(diào)和機(jī)械可調(diào)。磁可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)采用鐵氧體等材料作為襯底,在外加磁場(chǎng)的影響下,實(shí)現(xiàn)襯底材料的磁導(dǎo)率變化,進(jìn)而調(diào)諧中心頻率,但是需要配套的外部額外部件提供的可變磁場(chǎng),不僅增加體積和成本,也會(huì)帶來(lái)性能的影響;機(jī)械可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)通過(guò)改變諧振單元的形狀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的可調(diào),但是往往需要外加壓力使其發(fā)生形變,故存在著調(diào)節(jié)速度和精度等問(wèn)題;電可調(diào)頻率選擇結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體變?nèi)荻O管、pin管、bst變?nèi)荻O管、mems開(kāi)關(guān)、液晶等電壓或電流可控元件或材料實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)節(jié),電可調(diào)元件往往需要采用直流偏置電路和直流/射頻隔離元件構(gòu)成偏置網(wǎng)絡(luò),這對(duì)于大規(guī)模陣列的頻率選擇結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),可能會(huì)引起性能的惡化,例如諧振頻率的偏移、產(chǎn)生寄生頻段以及極性的惡化等,但是由于電可調(diào)元件具有小尺寸、納秒級(jí)的調(diào)節(jié)速度和低成本等優(yōu)勢(shì),認(rèn)識(shí)目前最常用的可調(diào)方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中電可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中偏置網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)傳輸性能產(chǎn)生惡化影響的問(wèn)題,提出了本發(fā)明的一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其制作方法,以便克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu),包括一塊介質(zhì)板,所述介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)有上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層,所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層均設(shè)置有周期排布的周期單元,所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同,每個(gè)所述周期單元為在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成,刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊,所述金屬塊與其四周的導(dǎo)電層之間通過(guò)多個(gè)變?nèi)荻O管連接;
所述上導(dǎo)電層中,所述變?nèi)荻O管的正極連接所述金屬塊,負(fù)極連接所述上導(dǎo)電層,所述金屬塊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與所述下導(dǎo)電層連接;
所述下導(dǎo)電層中,所述變?nèi)荻O管的負(fù)極連接所述金屬塊,正極連接所述下導(dǎo)電層,所述金屬塊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與所述上導(dǎo)電層連接。
可選地,所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元沿所述介質(zhì)板正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布。
可選地,所述金屬塊為圓形或正多邊形,所述刻蝕形成的環(huán)的外形與所述金屬塊的外形相同,且二者同心。
可選地,所述上導(dǎo)電層中,所述金屬塊的正中心通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與所述下導(dǎo)電層連接;所述下導(dǎo)電層中,所述金屬塊的正中心通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與所述上導(dǎo)電層連接。
可選地,所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中,所述變?nèi)荻O管圍繞所述金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法,該方法包括:
在一塊介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)置上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層;
在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元,且所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同,每個(gè)所述周期單元通過(guò)在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成,刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊;
在所述上導(dǎo)電層中,將多個(gè)變?nèi)荻O管的正極連接所述金屬塊,負(fù)極連接所述上導(dǎo)電層,并通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔將所述金屬塊與所述下導(dǎo)電層連接;
在所述下導(dǎo)電層中,將所述變?nèi)荻O管的負(fù)極連接所述金屬塊,正極連接所述下導(dǎo)電層,并通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔將所述金屬塊與所述上導(dǎo)電層連接。
可選地,所述在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元包括:在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上,沿所述介質(zhì)板正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布設(shè)置所述周期單元。
可選地,所述每個(gè)所述周期單元通過(guò)在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成,刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊包括:刻蝕掉圓形或正多邊形的金屬環(huán),以形成圓形或正多邊形的金屬塊,使刻蝕形成的環(huán)與所述金屬塊同心。
可選地,在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中,將所述導(dǎo)電過(guò)孔設(shè)置在所述金屬塊的正中心處,使所述金屬塊與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。
可選地,在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中,將所述變?nèi)荻O管圍繞所述金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。
綜上所述,本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)在介質(zhì)板的上、下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán),將完整的導(dǎo)電層分割成周期排列的周期單元,在周期單元的金屬塊與所在層的導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管,實(shí)現(xiàn)偏置電壓對(duì)電容值的調(diào)節(jié),從而通過(guò)電可調(diào)方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)的頻率選擇表面結(jié)構(gòu);且上、下導(dǎo)電層的周期單元錯(cuò)位排布,其金屬塊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接,從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓可以經(jīng)過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制,消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響,并且該新型電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)具有雙極化方向性,能夠滿足多極化電子設(shè)備對(duì)電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的示意圖;
圖2為上導(dǎo)電層的周期單元結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為下導(dǎo)電層的周期單元結(jié)構(gòu)示意圖;
圖中:1、介質(zhì)板;2、上導(dǎo)電層;20、周期單元;21、金屬塊;22、環(huán);23、導(dǎo)電過(guò)孔;24、變?nèi)荻O管3、下導(dǎo)電層;30、周期單元;31、金屬塊;32、環(huán);33、導(dǎo)電過(guò)孔;34、變?nèi)荻O管。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明的核心思想是在介質(zhì)板的上下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán),形成周期排列的周期單元,周期單元的金屬塊與所在導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管,且上下導(dǎo)電層的周期單元,錯(cuò)位排布,其金屬塊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接,從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓經(jīng)過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制,消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的示意圖,如圖1所示,本發(fā)明的頻率選擇表面結(jié)構(gòu),包括一塊介質(zhì)板1,介質(zhì)板1的正反兩面分別設(shè)有上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3,上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3均設(shè)置有周期排布的周期單元20和周期單元30。
上導(dǎo)電層2的周期單元20與下導(dǎo)電層3的周期單元30的形狀和尺寸相同,分別如圖中上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3上的虛線框所示,每個(gè)周期單元為在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成,刻蝕形成的環(huán)(22和32)內(nèi)留有金屬塊(21和31),金屬塊(21和31)與其四周的導(dǎo)電層之間通過(guò)多個(gè)變?nèi)荻O管(24和34)連接,具體可參見(jiàn)圖2和圖3所示的上、下導(dǎo)電層周期單元示意圖。
如圖2所示,在上導(dǎo)電層2中,變?nèi)荻O管24的正極連接金屬塊21,負(fù)極連接上導(dǎo)電層2,金屬塊21通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔23與下導(dǎo)電層3連接。
如圖3所示,在下導(dǎo)電層3中,變?nèi)荻O管34的負(fù)極連接金屬塊31,正極連接下導(dǎo)電層3,金屬塊31通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔33與上導(dǎo)電層2連接。
通過(guò)在介質(zhì)板的上、下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán),將完整的導(dǎo)電層分割成周期排列的周期單元,在周期單元的金屬塊與所在層的導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管,實(shí)現(xiàn)偏置電壓對(duì)電容值的調(diào)節(jié),從而通過(guò)電可調(diào)方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)的頻率選擇表面結(jié)構(gòu),且上、下導(dǎo)電層的周期單元錯(cuò)位排布,其金屬塊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接,從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓可以經(jīng)過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制,消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響,并且該新型電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)具有雙極化方向性,能夠滿足多極化電子設(shè)備對(duì)電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。
優(yōu)選地,上、下導(dǎo)電層的金屬塊為圓形或正多邊形,刻蝕形成的環(huán)的外形與金屬塊的外形相同,且二者同心。采用圓形或正多邊形的周期單元,可以使得形成的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)在多個(gè)方向上結(jié)構(gòu)相同,對(duì)稱性好,從而在加載偏置電壓進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)時(shí),各個(gè)方向的響應(yīng)一致,提高對(duì)稱性能,如圖1所示實(shí)施例中,上導(dǎo)電層2的金屬塊21和環(huán)22同心,且均為正方形形狀,下導(dǎo)電層3的金屬塊31和環(huán)32同心,且均為正方形形狀,當(dāng)然,如上所述,采用圓形、正六邊形等多邊形形狀的周期單元也可,這里圖1的正方形周期單元只是其中的一種示意性實(shí)施例。
優(yōu)選地,如圖1所示,上導(dǎo)電層2的周期單元20與下導(dǎo)電層3的周期單元30沿介質(zhì)板1正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布,即沿圖中所示的x軸或y軸方向錯(cuò)位,從而在x軸方向或y軸方向上結(jié)構(gòu)對(duì)稱,便于將上、下導(dǎo)電層的周期單元沿一條直線分布,結(jié)構(gòu)整齊緊湊。
更優(yōu)選地,上導(dǎo)電層2中,金屬塊21的正中心通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔23與下導(dǎo)電層3連接;下導(dǎo)電層3中,金屬塊31的正中心通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔33與上導(dǎo)電層2連接。將導(dǎo)電過(guò)孔23和33分別設(shè)置在金屬塊21和31的正中心處,使得周期單元的結(jié)構(gòu)對(duì)稱,各個(gè)方向?qū)ζ秒妷旱捻憫?yīng)一致,從而性能更加穩(wěn)定。
優(yōu)選地,上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3中,變?nèi)荻O管24和變?nèi)荻O管34分別圍繞金屬塊21和金屬塊31四周呈中心對(duì)稱分布,從而提高周期單元的對(duì)稱性。
在使用本發(fā)明的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)時(shí),在上導(dǎo)電層2上加載偏置電壓,上導(dǎo)電層2的偏置電壓通過(guò)可變電容二極管24傳輸至金屬塊21,進(jìn)而通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔23傳輸至下導(dǎo)電層3的金屬塊31上,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上周期單元和下周期單元中變?nèi)荻O管的控制,,通過(guò)改變加載的偏置電壓的大小,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的通帶頻率的控制。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法,該方法包括:在一塊介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)置上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層;在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元,且上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同,每個(gè)周期單元通過(guò)在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成,刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊;在上導(dǎo)電層中,將多個(gè)變?nèi)荻O管的正極連接金屬塊,負(fù)極連接上導(dǎo)電層,并通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔將金屬塊與下導(dǎo)電層連接;在下導(dǎo)電層中,將變?nèi)荻O管的負(fù)極連接金屬塊,正極連接下導(dǎo)電層,并通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔將金屬塊與上導(dǎo)電層連接。
優(yōu)選地,在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層設(shè)置周期單元,具體包括:在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層上,沿介質(zhì)板1正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布設(shè)置周期單元。
優(yōu)選地,在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕形成周期單元時(shí),刻蝕掉圓形或正多邊形的金屬環(huán),以形成圓形或正多邊形的金屬塊,使刻蝕形成的環(huán)與金屬塊同心。
優(yōu)選地,在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層中,將導(dǎo)電過(guò)孔設(shè)置在金屬塊的正中心處,將金屬塊與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。
優(yōu)選地,在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層中,將變?nèi)荻O管圍繞金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。
以上所述,僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式,在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白,上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。