[發明專利]一種改進型多功能有源頻率選擇表面及其控制方法

在審

• 申請號: 201810047132.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108321546A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 李黃炎;方俊頡;曹群生;王毅
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種改進型多功能有源頻率選擇表面及其控制方法，多功能有源頻率選擇表面包含介質基底和正交排布在介質基底兩側的由呈周期性排布的金屬單元組成的金屬周期陣列；金屬單元呈正方形，包含兩個金屬細線結構、兩個金屬開槽T形結構和一個PIN二極管；金屬開槽T形結構包含橫邊和T形結構；兩個金屬細線結構平行設置，兩個金屬開槽T形結構的橫邊和T形結構的橫邊平行設置，T形結構的豎邊通過PIN二極管連成一條直線。相鄰金屬單元中兩個金屬開槽T形結構的橫邊之間加載變容二極管。本發明集電磁開關、極化選擇和頻率調諧三種電磁功能于一體，能更為主動操控電磁波，在智能建筑和通信系統中的多功能設備等方面都有重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及電磁超材料技術領域，具體涉及一種改進型多功能有源頻率選擇表面及其控制方法。

背景技術

頻率選擇表面（Frequency Selective Surface, FSS）是由周期性排布的金屬貼片或縫隙組成，具有良好的空間濾波特性，能夠在傳輸帶內電磁波的同時反射帶外電磁波。

傳統的無源FSS在加工之后，其電磁性能就基本固定了，無法在隨外部環境變化而改變。有源頻率選擇表面（Active Frequency Selective Surface, AFSS）能夠通過改變外加激勵（如電壓大小、電場強度和光強度等）來主動改變FSS的電磁性能。電控AFSS能夠通過加載有源器件（如PIN二極管、變容二極管等）來實現可重構的電磁特性，為了控制這些有源器件的狀態，通常需要在AFSS陣列內添加偏置線。然而，額外的饋線會極大地影響AFSS的電磁特性（如頻率偏移、插損增加和虛假信號響應等），同時會增加制作難度和制作成本。通過合理設計AFSS的拓撲結構，將金屬周期結構本身作為饋線，能夠去除AFSS陣列內部冗余的饋線，極大地減小饋電系統帶來的負面影響。有源器件通常具有串聯型和并聯型兩種饋電形式。串聯型饋電同時對一排有源器件進行饋電，其外加偏置電壓值會隨有源器件數量的增加而增大，更為嚴重的是，當某個有源器件損壞不工作時，其所在一整排的有源器件便都不能正常工作，從而影響整個有源頻率選擇表面的電磁特性。因此，有必要研究和設計有源器件的并聯饋電形式。

盡管目前有很多具有電控可重構特性的AFSS見諸報道，但是由于其功能單一，使得這些設計在很多時候無法滿足外部復雜電磁環境對電子設備的功能多樣性和狀態可調性等要求。因此，有必要研究集電磁開關、極化選擇和頻率調諧等多種電磁功能于一體的多功能AFSS，為電磁隱身、電磁兼容和可重構器件設計提供重要的技術支持，具有重要的軍事和民用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種改進型多功能有源頻率選擇表面及其控制方法，首次將電磁開關、極化選擇和頻率調諧等三種電磁功能集成于同一結構，能有效解決現有有源頻率選擇表面功能單一等問題。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種改進型多功能有源頻率選擇表面，包括介質基底、設置在介質基底上側的第一金屬周期陣列、以及設置在介質基底下側的第二金屬周期陣列；

所述第一金屬周期陣列、第二金屬周期陣列均包括若干個呈周期性陣列分布的金屬單元；

所述金屬單元呈中心對稱的正方形，包含兩個金屬細線結構、兩個金屬開槽T形結構和一個PIN二極管；

所述兩個金屬開槽T形結構均包含一條橫邊和一個T形結構，所述T形結構包含一條長邊和一條垂直于該長邊的短邊，所述橫邊、短邊在長邊的兩側，且所述橫邊和所述長邊平行；其中，一個金屬開槽T形結構中T形結構的短邊通過所述PIN二極管和另一個金屬開槽T形結構中T形結構的短邊連成一條直線，兩個金屬開槽T形結構的橫邊和金屬單元正方形其中兩條平行的邊平行；

所述兩個金屬細線結構位于所述兩個金屬開槽T形結構的長邊之間，分別設置在金屬單元正方形另外兩條平行的邊上；