CN102496754A - 超宽可调范围的有源频率选择表面 - Google Patents

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吴群
杨国辉
傅佳辉
孟繁义
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Abstract

超宽可调范围的有源频率选择表面，属于有源频率选择表面技术领域。它解决了无源频率选择表面被加工成型后，其谐振频率和带宽等特性均无法改变，因而无法适应多变的电磁环境的问题。它包括介质板、正面上金属层、正面下金属层、加载变容二极管、四个加载电感和两个背面馈电网络，正面上金属层和正面下金属层的开口相对呈镜像对称设置在介质板的正面，两个背面馈电网络的结构相同并分布在介质板背面的左右两侧，每个背面馈电网络均由水平金属馈线和竖直金属馈线组成，水平金属馈线与竖直金属馈线呈直角连接，通过改变加载变容二极管的电容值可实现在大范围内改变谐振频率。本发明作为一种有源频率选择表面。

Description

超宽可调范围的有源频率选择表面
技术领域
本发明涉及一种超宽可调范围的有源频率选择表面，属于有源频率选择表面技术领域。
背景技术
频率选择表面(FSS)对空间传输的电磁波具有良好的滤波性，在工程中应用十分广泛。主要应用于军事与民用通信，雷达、天线罩、飞行器隐身方面等，其独特的电性能也在卫星通信领域得到广泛应用，同时，也应用于电磁兼容、军事通信、电子对抗等领域。
现在技术中研究的都是无源频率选择表面，有其独特的优点，应用也很广泛。但是传统的无源频率选择表面一旦加工成型，其谐振频率、带宽等特性将无法改变，因此无法适应多变的电磁环境，发挥其良好的谐振特性。
发明内容
本发明是为了解决无源频率选择表面被加工成型后，其谐振频率和带宽等特性均无法改变，因而无法适应多变的电磁环境的问题，提供一种超宽可调范围的有源频率选择表面。
本发明所述超宽可调范围的有源频率选择表面，它包括介质板、正面上金属层、正面下金属层、加载变容二极管、四个加载电感和两个背面馈电网络，
正面上金属层和正面下金属层的形状相同，均由E字形边框和两个短臂组成，E字形边框的两个边端臂的末端分别连接一个短臂的一端，并且该短臂与边端臂呈直角，该短臂的另一端与E字形边框的中臂之间具有间隙，
正面上金属层和正面下金属层的开口相对呈镜像对称设置在介质板的正面，两个E字形边框的中臂的末端分别连接加载变容二极管的两端；
两个背面馈电网络的结构相同并分布在介质板背面的左右两侧，每个背面馈电网络均由水平金属馈线和竖直金属馈线组成，水平金属馈线与竖直金属馈线呈直角连接，
每个竖直金属馈线对应于介质板正面的两个E字形边框的一侧边端臂，位于左侧的背面馈电网络中的水平金属馈线对应于正面上金属层的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感，所述加载电感的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
位于右侧的背面馈电网络中的水平金属馈线对应于正面下金属层的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感，所述加载电感的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
一个背面馈电网络的竖直金属馈线的下端通过一个加载电感与正面下金属层的左下角连接，另一个背面馈电网络的竖直金属馈线的上端通过一个加载电感与正面上金属层的右上角连接。
所述四个加载电感的感值相同，均大于0.1nH。
本发明的优点是：本发明相对于现在的无源频率选择表面，提出了一种新的有源频率选择表面，它在介质板的背面加载了背面馈电网络后对整体结构进行一体化仿真设计，可以通过改变加载变容二极管的电容值而实现在大范围内改变谐振频率，也可以通过调节加载变容二极管的电容值来实现所需的谐振频率。
本发明的整体结构通过一体化仿真设计，通过改变外置电压，改变加载变容二极管的电容值，实现谐振频率的移动，并且移动范围非常可观。此外，通过调整该有源FSS结构的尺寸可以调整其阻带宽度，阻带中心频率等。因此，在使用中，可以自行设计该有源FSS结构各部位的尺寸，同时通过调节加载变容二极管来实现所需要的谐振频率、阻带带宽等特性参数。
附图说明
图1为本发明介质板的正面结构示意图；
图2为图1中介质板的背面结构透视图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为本发明的谐振频率曲线图，其中实线条曲线表示为加载变容二极管的电容值为0.6pF时的谐振频率曲线，虚线条表示为加载变容二极管的电容值为6pF时的谐振频率曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述超宽可调范围的有源频率选择表面，它包括介质板1、正面上金属层2-1、正面下金属层2-2、加载变容二极管3、四个加载电感4和两个背面馈电网络5，
正面上金属层2-1和正面下金属层2-2的形状相同，均由E字形边框和两个短臂组成，E字形边框的两个边端臂的末端分别连接一个短臂的一端，并且该短臂与边端臂呈直角，该短臂的另一端与E字形边框的中臂之间具有间隙，
正面上金属层2-1和正面下金属层2-2的开口相对呈镜像对称设置在介质板1的正面，两个E字形边框的中臂的末端分别连接加载变容二极管3的两端；
两个背面馈电网络5的结构相同并分布在介质板1背面的左右两侧，每个背面馈电网络5均由水平金属馈线和竖直金属馈线组成，水平金属馈线与竖直金属馈线呈直角连接，
每个竖直金属馈线对应于介质板1正面的两个E字形边框的一侧边端臂，位于左侧的背面馈电网络5中的水平金属馈线对应于正面上金属层2-1的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板1处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感4，所述加载电感4的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
位于右侧的背面馈电网络5中的水平金属馈线对应于正面下金属层2-2的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板1处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感4，所述加载电感4的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
一个背面馈电网络5的竖直金属馈线的下端通过一个加载电感4与正面下金属层2-2的左下角连接，另一个背面馈电网络5的竖直金属馈线的上端通过一个加载电感4与正面上金属层2-1的右上角连接。
本实施方式中所述的通孔的设置是为了便于加载电感4将背面馈电网络5与两个正面金属层的连接，在垂直方向上，两个竖直金属馈线分别在上下两端位置与加载电感相连，便于整个FSS结构形成一个连通的电流回路。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述四个加载电感4的感值相同，均大于0.1nH。
本发明提供了一种可调的有源频率选择表面结构，并为之设计了偏置网络。在实际应用中，加载变容二极管3电容值大小的改变需要外部偏置电压或电流的配合，即需要配置对应结构的偏置网络，来实现合理的馈电而且不影响FSS的性能。由图4可以看出，当加载变容二极管3的电容值由C＝0.6pF变到C＝6pF时，谐振频率由2.292GHz减小到1.644GHz，这是一个非常大的频率可调范围。
从等效电路理论的角度分析，本发明的FSS结构可以等效为一个并联的LC谐振电路，两个正面金属层中间的加载变容二极管3等效于在LC谐振电路中的并联电抗，通过改变偏置电压或电流，改变变容二极管的电容值，从而使整个电路的谐振特性发生变化，随着电容值C的逐渐变大，谐振频率就会不断的降低。背面馈电网络5的金属馈线相当于电感，整个FSS平面形成一个连通的电流回路。
图1所示，对所述有源频率选择表面的各标记尺寸可选择如下，X＝29mm，Y＝17mm，L＝25mm，W＝1.5mm，H＝0.6mm，G＝2mm，P＝6.5mm。
由图4所示可知，当加载变容二极管3的电容值C＝6pF，加载变容二极管3两侧所加电压为0V时，所述频率选择表面谐振频率约为1.6Ghz，如图中实线条所示，当加载变容二极管3两侧所加电压为为30V时，该频率选择表面谐振频率约为2.27Ghz。
可以通过调图1所示各参数X，Y，L，W，H，G，P以及更换加载变容二极管3来改变该结构的谐振频率。分别增大或同时增大L，Y，P这四个尺寸会降低谐振频率，反之则会提高谐振频率；分别增大或同时增大X，H，G这四个尺寸会使反射带宽变窄，反之则会使反射带宽变宽；更换为变电容值较大的变容二极管会使谐振频率降低，反之则升高。

Claims (2)

1.一种超宽可调范围的有源频率选择表面，其特征在于：它包括介质板(1)、正面上金属层(2-1)、正面下金属层(2-2)、加载变容二极管(3)、四个加载电感(4)和两个背面馈电网络(5)，
正面上金属层(2-1)和正面下金属层(2-2)的形状相同，均由E字形边框和两个短臂组成，E字形边框的两个边端臂的末端分别连接一个短臂的一端，并且该短臂与边端臂呈直角，该短臂的另一端与E字形边框的中臂之间具有间隙，
正面上金属层(2-1)和正面下金属层(2-2)的开口相对呈镜像对称设置在介质板(1)的正面，两个E字形边框的中臂的末端分别连接加载变容二极管(3)的两端；
两个背面馈电网络(5)的结构相同并分布在介质板(1)背面的左右两侧，每个背面馈电网络(5)均由水平金属馈线和竖直金属馈线组成，水平金属馈线与竖直金属馈线呈直角连接，
每个竖直金属馈线对应于介质板(1)正面的两个E字形边框的一侧边端臂，位于左侧的背面馈电网络(5)中的水平金属馈线对应于正面上金属层(2-1)的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板(1)处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感(4)，所述加载电感(4)的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
位于右侧的背面馈电网络(5)中的水平金属馈线对应于正面下金属层(2-2)的一个短臂，该短臂末端、该水平金属馈线末端及其对应的介质板(1)处均设置通孔，该通孔内设置一个加载电感(4)，所述加载电感(4)的两端分别与该短臂和水平金属馈线连接；
一个背面馈电网络(5)的竖直金属馈线的下端通过一个加载电感(4)与正面下金属层(2-2)的左下角连接，另一个背面馈电网络(5)的竖直金属馈线的上端通过一个加载电感(4)与正面上金属层(2-1)的右上角连接。
2.根据权利要求1所述的超宽可调范围的有源频率选择表面，其特征在于：所述四个加载电感(4)的感值相同，均大于0.1nH。
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