CN101894990A - 极化不敏感双频特性有源频率选择表面 - Google Patents

Abstract

双频特性有源频率选择表面结构中，在介质板(5)的正面设有正面金属层(1)，该正面金属层(1)的中部是一块方形的中间金属层，外围是一个方形的外框，该方形的外框与中间金属层之间是FSS缝隙(2)，方形的外框与中间金属层之间由加载电容(4)连接；在介质板(5)的背面设有背部馈电网络(6)，背部馈电网络(6)与正面金属层(1)中的中间金属层由金属通孔(3)连接。所述的背部馈电网络(6)由四组螺旋金属馈线均匀分布在背部四边对称位置，成中心对称排布，各中心处通过金属通孔连接到正面金属层。本发明实现在C波段和X波段双频谐振可调，且具有对极化不敏感的特点。

Description

极化不敏感双频特性有源频率选择表面

技术领域

本发明涉及一种具有双频特性的有源频率选择表面结构，该结构可以实现极化不敏感及宽入射角特性。

技术背景

频率选择表面(FSS)作为隐身技术中的一项重要技术，自其概念被提出后便一直受到高度的重视，独特的电性能使其不仅在卫星通信领域得到广泛应用，而且在飞行器隐身方面也扮演着重要角色，广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等领域。

无源频率选择表面研究比较多，应用也很广泛，有其独有的优点，如带宽比较宽等。但另一方面使用无源频率选择表面构成的设备其工作带宽、谐振频率等电磁特性均无法改变，因而在多变的电磁环境中无法快速适应外部电磁环境的变化而发挥其最大作用，有源频率选择表面的提出为克服这一缺陷提供了新的解决方案。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种双频特性有源频率选择表面，加载馈电网络后整体结构通过一体化仿真设计，实现双频谐振特性，并具有极化不敏感的特点。

技术方案：本发明的双频特性有源频率选择表面包括正面金属层，FSS缝隙，金属通孔，加载电容，介质板，背部馈电网络；在介质板的正面设有正面金属层，该正面金属层包括中部是一块方形的中间金属层，外围是一个方形的金属层外框，该方形的金属层外框与方形的中间金属层之间是FSS缝隙，方形的金属层外框与方形的中间金属层之间由加载电容连接；在介质板的背面设有背部馈电网络，背部馈电网络与正面金属层中的方形的中间金属层由金属通孔连接。

所述的背部馈电网络由四组螺旋金属馈线均匀分布在背部四边对称位置，成中心对称排布，各中心处通过金属通孔连接到方形的中间金属层。

为了实现对于极化方式改变不敏感的有源FSS结构，本文设计时主要从以下几个方面考虑：第一，令FSS谐振单元几何形状对称，第二，在进行电抗加载时，加载电抗同样必须关于中心对称，为了满足结构对极化方式的不敏感性，本发明采用四边对称加载方式，第三，在实际应用中，加载电抗大小的改变需要外部提供偏置电压或电流，这便需要在原先有源FSS结构中加入偏置网络，并考虑偏置网络设计方案，而偏置网络由于由金属带栅组成，因而在入射波照射下会呈现电感效应，这一点在实际设计中必须加以考虑，需要对结构进行整体仿真分析。

有益效果：本发明的特点是：加载馈电网络后整体结构通过一体化仿真设计，实现了双频谐振特性，并具有极化不敏感的特点。

附图说明

下面结合附图，对本发明做出详细描述：

图1是FSS正面结构示意图。

图2为FSS背面结构示意图。

图3是有源FSS反射特性受电容变化的影响示意图。

图4是有源FSS传输特性受电容变化的影响示意图。

图5是反射特性受极化方式的影响曲线。

图6是传输特性受极化方式的影响曲线。

图中有正面金属层1，FSS缝隙2，金属通孔3，加载电容4，介质板5，背部馈电网络6。

具体实施方式

本发明的双频特性有源频率选择表面，包括介质板和位于介质板上的金属层频率选择表面结构，及介质板背面的馈电网络，本发明设计了一种极化不敏感有源FSS结构，并为之设计了馈电网络结构，该馈电结构中，四组螺旋金属馈线均匀分布在背部四边对称位置，成中心对称排布，各中心处通过金属通孔连接到正面金属表面。本发明采用的FSS结构为方环缝隙型FSS谐振单元，电抗加载采用四边对称加载方式，由于与电场方向平行的电抗加载不会对谐振特性产生影响，因而四边加载的效果与仅在与电场垂直方向加载电抗效果一致。这种对称加载方式起到了解决极化问题的作用，当极化方式由垂直极化变为水平极化时，与电场垂直方向上的电抗加载保持不变。本发明中有源频率选择表面的实现是通过加载变容管实现的，实际应用中，加载电抗大小的改变需要外部提供偏置电压或电流，这便需要在原先有源FSS结构中加入偏置网络，并考虑偏置网络设计方案，对结构进行整体仿真分析，本发明针对馈电网络一体化设计问题，提出了在频率选择表面背部加载螺旋馈电网络的新方法，该整体结构可以在X波段实现双频特性。

本发明的双频特性有源频率选择表面包括正面金属层1，FSS缝隙2，金属通孔3，加载电容4，介质板5，背部馈电网络6；在介质板5的正面设有正面金属层1，该正面金属层1的中部是一块方形的中间金属层，外围是一个方形的外框，该方形的外框与中间金属层之间是FSS缝隙2，方形的外框与中间金属层之间由加载电容4连接；在介质板5的背面设有背部馈电网络6，背部馈电网络6与正面金属层1中的中间金属层由金属通孔3接。所述的背部馈电网络6由四组螺旋金属馈线均匀分布在背部四边对称位置，成中心对称排布，各中心处通过金属通孔连接到正面金属层。

从等效电路理论的角度进行分析，方环缝隙型FSS结构自身可等效为一个并联LC谐振电路，PIN管或变容管的加载等效于在原先LC谐振电路中并联电抗，通过改变偏置电压或电流，可令加载的有源器件电抗发生变化，最终使谐振特性发生变化。背部螺旋馈电网络由金属栅带组成，在入射波的照射下会呈现电感效应，并且金属层与背面馈线间会产生一耦合电容，将其与上层金属缝隙结构组合，从而产生出双频段谐振特性。

参见图2加载四组方螺旋馈线的方环缝隙型双频有源FSS谐振特性受电容变化的影响曲线。通过加载电容的变化实现两个谐振频率同时可调。

图3所示为该有源FSS谐振特性受极化方式影响的变化曲线。对于不同极化波模式，当极化波由水平极化变为垂直极化时，双频结构的谐振特性未发生明显变化，在谐振点及带宽方面保持了一致性。

综上所述，本发明可以实现频率选择表面的双频有源可调，且保持了对极化的不敏感性。

Claims (2)

1.一种极化不敏感双频特性有源频率选择表面，其特征在于该选择表面包括正面金属层(1)，FSS缝隙(2)，金属通孔(3)，加载电容(4)，介质板(5)，背部馈电网络(6)；在介质板(5)的正面设有正面金属层(1)，该正面金属层(1)包括中部是一块方形的中间金属层(11)，外围是一个方形的金属层外框(12)，该方形的金属层外框(12)与方形的中间金属层(11)之间是FSS缝隙(2)，方形的金属层外框(12)与方形的中间金属层(11)之间由加载电容(4)连接；在介质板(5)的背面设有背部馈电网络(6)，背部馈电网络(6)与正面金属层(1)中的方形的中间金属层(11)由金属通孔(3)连接。

2.根据权利要求1所述的极化不敏感双频特性有源频率选择表面，其特征在于所述的背部馈电网络(6)由四组螺旋金属馈线均匀分布在背部四边对称位置，成中心对称排布，各中心处通过金属通孔(3)连接到方形的中间金属层(11)。

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