本發(fā)明屬于電磁超材料，具體涉及一種雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、電磁超材料是一種由亞波長尺度的結(jié)構(gòu)單元周期性或非周期性排布組成的人工結(jié)構(gòu)材料，電磁超材料在天線、雷達(dá)通信領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價值。特別的，對于由特定形狀的金屬單元周期排列而成的人工周期結(jié)構(gòu)材料，也可稱為頻率選擇表面(frequencyselective?surfaces,fss)，可以控制入射的電磁波在特定的頻率表現(xiàn)出透射和反射的空間濾波特性，因此也可將其看成一種特殊的空間濾波器。因其，特殊的電磁波調(diào)控特性，通常將頻率選擇表面應(yīng)用在天線罩上，實現(xiàn)天線罩的隱身特性。

2、目前，已有研究多針對無源的fss周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，雖然可以很好的解決天線罩的帶外隱身問題，但是無法同時解決天線的帶內(nèi)隱身問題。有源fss周期結(jié)構(gòu)通過在無源周期結(jié)構(gòu)中加載一系列有源器件可以實現(xiàn)空間濾波特性的人為調(diào)控，可以在保證、天線正常工作的前提下，降低目標(biāo)被雷達(dá)探測到的風(fēng)險。

3、目前國內(nèi)對于使用有源fss周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行天線罩的設(shè)計較少，同時對如何減少加載有源器件的饋電結(jié)構(gòu)對周期結(jié)構(gòu)本身的透波特性影響也研究不多，對于有源fss周期結(jié)構(gòu)的多頻段調(diào)控的研究也較少。但是，有源fss周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究將是fss領(lǐng)域的未來的熱點方向，對于有源雷達(dá)、天線罩等領(lǐng)域具有十分重要的研究價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，通過加載有源器件實現(xiàn)了雙通帶頻率可調(diào)特性，同時解決了加載有源器件的饋電電路設(shè)計問題，同時具備良好的極化穩(wěn)定性，可以用來應(yīng)對中工作頻段多變的雷達(dá)電子探測系統(tǒng)，提高復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力。

2、本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，包括：上層金屬單元層、中間介質(zhì)層以及下層金屬饋線單元層；上層金屬單元層和下層金屬饋線層均為周期性結(jié)構(gòu)；

4、所述上層金屬單元層的每一周期內(nèi)刻蝕4個孔徑環(huán)，四個孔徑環(huán)分布于四個象限上；所述4個孔徑環(huán)中具有兩種尺寸，處于同一對角線上的孔徑環(huán)尺寸相同；每一所述孔徑環(huán)上呈中心軸對稱形式加載4個有源集總元件；所述孔徑環(huán)中心通過金屬過孔與下層金屬饋線單元層進(jìn)行電連接；

5、所述下層金屬單元層的每一周期為十字型金屬貼片結(jié)構(gòu)，所述金屬過孔通過金屬貼片與十字型金屬貼片連接，每一連接十字型金屬貼片和金屬過孔的金屬貼片上加載有無源集總電感元件。

6、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)的每個周期單元均為相同尺寸的大正方形單元，大正方形單元分成4個同等尺寸的小正方形單元，4個孔徑環(huán)刻蝕于4個同等尺寸的小正方形單元上，孔徑環(huán)的中心與小正方形的中心重合。

7、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)中加載有源集總元件為pin或變?nèi)荻O管。

8、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述孔徑環(huán)為方環(huán)型、六邊環(huán)形或圓環(huán)形。

9、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述下層金屬單元周期結(jié)構(gòu)，每個周期單元均為相同尺寸的大正方形單元，且尺寸與上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)相同；

10、十字型細(xì)長條金屬貼片結(jié)構(gòu)布置在大正方形單元的中心對稱軸上，大正方形單元劃分為4個同等尺寸的小正方形單元，下層每個小正方形單元的中心位置再通過細(xì)長條金屬貼片與十字型細(xì)長條金屬貼片進(jìn)行連接，與十字型細(xì)長條金屬貼片共同組成中心軸對稱結(jié)構(gòu)貼片單元；

11、下層4個小正方形單元中心位置再與上層4個小正方形單元的中心位置通過金屬過孔進(jìn)行電連接；4個無源集總電感元件呈中心軸對稱形式加載到4個小正方形金屬單元貼片結(jié)構(gòu)上。

12、進(jìn)一步地，本發(fā)明上下層金屬單元層厚度為0.025mm，金屬為cu，中間介質(zhì)層厚度h1為0.25mm，介質(zhì)材料為f4b，相對介電常數(shù)為2.2。

13、進(jìn)一步地，本發(fā)明大正方形單元周期p為4mm，兩種尺寸的孔徑環(huán)分別記為y1和y2，孔徑環(huán)y1與大正方形邊界的距離d1＝0.5mm，寬度s1＝0.5mm；孔徑環(huán)y2與大正方形邊界的距離d2＝0.3mm，寬度s2＝0.3mm。

14、進(jìn)一步地，本發(fā)明有源集總元件為變?nèi)荻O管c1，c1電容值大小范圍在0.01pf～1pf。

15、進(jìn)一步地，本發(fā)明細(xì)長條金屬貼片的寬度d3＝0.2mm。

16、進(jìn)一步地，本發(fā)明每個小正方單元中金屬貼片處加載的無源電感元件l1，電感大小為20nh。

17、有益效果

18、本發(fā)明上層金屬單元層和下層金屬饋線層均為周期性結(jié)構(gòu)，下層與上層通過中間金屬過孔進(jìn)行電連接；上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)中加載有源集總元件(如pin，變?nèi)荻O管等)，下層金屬單元周期結(jié)構(gòu)中加載無源集總電感元件，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，隨著變?nèi)荻O管c1從0.1pf到0.5pf的變化，周期結(jié)構(gòu)可在c、x、ku波段內(nèi)實現(xiàn)雙頻段帶通可調(diào)的特性，具有良好的極化穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：上層金屬單元層、中間介質(zhì)層以及下層金屬饋線單元層；上層金屬單元層和下層金屬饋線層均為周期性結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)的每個周期單元均為相同尺寸的大正方形單元，大正方形單元分成4個同等尺寸的小正方形單元，4個孔徑環(huán)刻蝕于4個同等尺寸的小正方形單元上，孔徑環(huán)的中心與小正方形的中心重合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)中加載有源集總元件為pin或變?nèi)荻O管。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔徑環(huán)為方環(huán)型、六邊環(huán)形或圓環(huán)形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下層金屬單元周期結(jié)構(gòu)，每個周期單元均為相同尺寸的大正方形單元，且尺寸與上層金屬單元周期結(jié)構(gòu)相同；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，上下層金屬單元層厚度為0.025mm，金屬為cu，中間介質(zhì)層厚度h1為0.25mm，介質(zhì)材料為f4b，相對介電常數(shù)為2.2。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，大正方形單元周期p為4mm，兩種尺寸的孔徑環(huán)分別記為y1和y2，孔徑環(huán)y1與大正方形邊界的距離d1＝0.5mm，寬度s1＝0.5mm；孔徑環(huán)y2與大正方形邊界的距離d2＝0.3mm，寬度s2＝0.3mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，細(xì)長條金屬貼片的寬度d3＝0.2mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，有源集總元件為變?nèi)荻O管c1，c1電容值大小范圍在0.01pf～1pf。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個小正方單元中金屬貼片處加載的無源電感元件l1，電感大小為20nh。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種雙通帶可調(diào)的空間濾波周期結(jié)構(gòu)，屬于電磁超材料技術(shù)領(lǐng)域。包括：上層金屬單元層、中間介質(zhì)層以及下層金屬饋線單元層；上層金屬單元層和下層金屬饋線層均為周期性結(jié)構(gòu)；所述上層金屬單元層的每一周期內(nèi)刻蝕4個孔徑環(huán)，四個孔徑環(huán)分布于四個象限上；所述4個孔徑環(huán)中具有兩種尺寸，處于同一對角線上的孔徑環(huán)尺寸相同；每一所述孔徑環(huán)上呈中心軸對稱形式加載4個有源集總元件；所述孔徑環(huán)中心通過金屬過孔與下層金屬饋線單元層進(jìn)行電連接；所述下層金屬單元層的每一周期為十字型金屬貼片結(jié)構(gòu)，所述金屬過孔通過金屬貼片與十字型金屬貼片連接，每一連接十字型金屬貼片和金屬過孔的金屬貼片上加載有無源集總電感元件。

技術(shù)研發(fā)人員：夏靖,周暢,劉鋼,金灣灣,涂修德
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17