[發明專利]單元間強耦合超寬可調范圍有源頻率選擇表面

有效

• 申請號: 201410152972.2
• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103904388A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 張諒;柳清伙;劉顏回;葉龍芳;賴坤中;徐旭輝;趙陽;于豐暢
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及頻率選擇表面，尤其是涉及一種單元間強耦合超寬可調范圍有源頻率選擇表面。

背景技術

頻率選擇表面（FSS）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，主要應用于軍事與民用通信，例如雷達、天線罩、飛行器等，其獨特的電性能也在衛星通信領域得到廣泛應用，例如電磁兼容、軍事通信、電子對抗等領域。

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。為了克服這一缺陷，有研究人員提出了有源頻率選擇表面，提供了一種新的解決方案。傳統的有源頻率選擇表面為了得到比較陡峭的頻帶邊沿，往往追求單元間的隔離，即減小單元間耦合。但是相應的頻率調節范圍受到了限制。

中國專利CN102496754A公開超寬可調范圍的有源頻率選擇表面，屬于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后，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、加載變容二極管、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并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管的電容值可實現在大范圍內改變諧振頻率。

發明內容

本發明的目的是提供通過直接給變容二極管加載偏置電壓，改變所加變容二極管的電容值，同時利用單元間的強耦合來實現整個結構諧振頻率超寬范圍內的移動的一種單元間強耦合超寬可調范圍有源頻率選擇表面。

本發明設有介質板、金屬層、變容二極管和電感；金屬層、變容二極管和電感設在介質板正面，所述金屬層為豎直條狀金屬層，在豎直條狀金屬層水平方向上加載兩根長短不等的水平條狀金屬層，豎直條狀金屬層與兩根長短不等的水平條狀金屬層二者間距為兩根長短不等的水平條狀金屬層中長條狀金屬層的一半；兩根長短不等的水平條狀金屬層用變容二極管連接，豎直條狀金屬層由電感連接，豎直條狀金屬層與水平條狀金屬層無縫隙連接。

本發明的有益效果如下：

本發明通過直接給兩旁垂直的金屬片加載偏置電壓，改變變容二極管的電容值，實現諧振頻率的移動。由于本發明中水平方向相鄰的金屬片之間存在強電磁耦合，當變容二極管電容值稍有變化時，諧振頻率會有相對較明顯的變化，因此諧振頻率的移動范圍超寬。同時，本發明實現了無獨立偏置網絡，既利用頻率選擇表面自身結構為變容二極管供電，又無需額外的偏置網絡結構。

本發明正是利用單元間的強耦合來增加頻率調節范圍，以使其可以應用到超寬帶濾波等場合。本發明加載電容可調的變容二極管，在改變變容二極管的電容值時，頻率選擇表面的特征頻率相應變化。本發明利用單元間的強耦合來加強通過變容二極管的感應電流，從而實現超寬的特征頻率可調范圍。

附圖說明

圖1是本發明實施例的正面結構示意圖。

圖2是本發明實施例的尺寸參數。

圖3是本發明實施例在不同電容值下的傳輸特性。

圖4是本發明諧振時表面電流路徑和磁場分布。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

參見圖1～4，本發明實施例設有介質板1、金屬層、變容二極管3和電感4；金屬層、變容二極管3和電感4設在介質板1正面，所述金屬層為豎直條狀金屬層，在豎直條狀金屬層水平方向上加載兩根長短不等的水平條狀金屬層，豎直條狀金屬層與兩根長短不等的水平條狀金屬層二者間距為兩根長短不等的水平條狀金屬層中長條狀金屬層的一半；兩根長短不等的水平條狀金屬層用變容二極管連接，豎直條狀金屬層由電感連接，豎直條狀金屬層與水平條狀金屬層無縫隙連接。

本發明包括介質板以及位于介質板上的加載有變容二極管和電感的金屬層頻率選擇表面結構。圖2所示是該結構各部分的尺寸參數，通過調整這些參數的具體尺寸可以調整其阻帶中心諧振頻率、阻帶寬度等特性參數。豎直條狀金屬層2-1與2-2之間用電感4連接，水平條狀金屬層2-3與2-4之間用變容二極管3連接。豎直條狀金屬層與水平條狀金屬層是無縫隙連接的。水平條狀金屬層2-3與2-4的豎直距離約為水平條狀金屬層2-3的一半。整個結構形如木手扶梯，具有旋轉對稱性。