CN103094647A - 一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器 - Google Patents

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高劲松
陈新
徐念喜
方春易
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Abstract

一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，涉及微波技术领域，解决现有利用FSS实现的带通滤波特性无法改变的问题。本发明采用双层频率选择表面实现该滤波器的高Q值特性；采用铁电材料钛酸锶钡（BST）薄膜作为双层频率选择表面的中间夹层，以两层频率选择表面的金属层作为BST夹层的正、负电极，通过直流电压源对BST薄膜施加不同的电压，使BST薄膜的相对介电常数跟随电压的变化而改变，进而达到滤波器的变频功能。

Description

一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器。
背景技术
频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）是由周期性排布的金属贴片单元或金属屏上周期性排列的开孔单元构成的一种二维周期阵列结构，它能使电磁波在谐振频率处发生全反射或全透射，因此是一种对电磁波频率有选择作用的空间滤波器。
FSS作为空间滤波器在微波领域具有广泛的应用。如采用FSS技术制备混合雷达罩，可降低飞行兵器制导天线的带外雷达散射截面，从而增强其突防能力；利用FSS滤波特性制备卡赛格伦天线的二色性副反射面，实现两个不同频率的馈源共用同一个反射面，节省了系统空间；利用FSS制备电磁屏蔽室，可实现特定频段的电磁波传输，而屏蔽其他频段的干扰信号。
但是当上述产品制备完成后，利用FSS实现的带通滤波特性便无法改变。对于混合雷达罩，因其单通带特性而无法使用变频雷达，如果敌方探测雷达与己方制导雷达频段相同时，由于不能屏蔽该频段电磁波而失去隐身功能；当卡赛格伦系统的馈源频率改变时，二色性副反射面无法根据馈源频率的变化进行动态调节；而传统的屏蔽室也不能根据实际需要选择不同的通带范围。这些局限性使得FSS作为空间滤波器在应用中难以满足实际需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，该滤波器可根据实际需求控制通带的频率范围，即实现通带的变频功能，提高了频率选择表面作为空间滤波器的实际应用性及可靠性。
一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，该滤波器包括频率选择表面基底层、频率选择表面金属层、钛酸锶钡夹层、导线和直流电压源；所述钛酸锶钡夹层与两侧的频率选择表面金属层紧密接触，频率选择表面金属层与频率选择表面基底层紧密接触；直流电压源通过导线与频率选择表面金属层连接。
本发明的工作原理：当直流电压源电压为V1时，钛酸锶钡（BST）夹层两侧电场为E1，其相对介电常数为ε1，滤波器通带的中心频点为f1；当电压源电压为V2时，BST夹层两侧电场为E2，其相对介电常数改变为ε2，则滤波器通带的中心频点改变为f2。通过控制电压源的电压从而改变BST薄膜两侧电场，使BST薄膜材料的相对介电常数发生变化，进而实现了FSS空间滤波器通带的变频功能。
本发明的有益效果：本发明提供了一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，与传统的频率选择表面空间滤波器相比，可以根据实际需求实现通带频率范围的选择，提高了频率选择表面作为空间滤波器的实际应用性及可靠性，且结构简单，操作方便。
附图说明
图1本发明一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器结构示意图；
图2本发明一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器在不同的操作电压状态下对正入射电磁波的传输特性对比图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，包括频率选择表面基底层1，频率选择表面金属层2，BST夹层3，导线4和电压源5；BST夹层3与两侧的频率选择表面金属层2紧密接触，频率选择表面金属层2与频率选择表面基底层1紧密接触；直流电压源5通过导线4与频率选择表面金属层2的金属部分连接。
本实施方式所述的BST夹层的制作方法为：
步骤一、将乙酸钡、乙酸锶和异丙氧基钛分别加入乙酸溶液中溶解；将溶解后的三种溶液混合，获得钛酸锶钡溶液；
步骤二、采用旋涂方式制备钛酸锶钡薄膜，将步骤一获得的钛酸锶钡溶液引至旋转平板上，旋转平板的转速为4000r/min，旋转平板温度为400°C，旋转五秒后停止旋转平板，升高旋转平板的温度至700°C烘烤钛酸锶钡薄膜，烘烤时间为十分钟，获得钛酸锶钡薄膜，重复在所述旋转平板上旋涂钛酸锶钡溶液的过程直至薄膜厚度为25μm，获得钛酸锶钡夹层3。
具体实施方式二、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器的制作方法，该实施中所需的BST材料分子式为Ba0.6Sr0.4TiO3，根据各元素之间的配比关系准备原料用量，包括乙酸钡、乙酸锶和异丙氧基钛。将乙酸钡加入乙酸溶液中，在60°C保持五分钟后乙酸钡溶解，将乙酸锶加入乙酸溶液中，在120°C保持十分钟后乙酸锶溶解，将异丙氧基钛加入到乙酸溶液中，并将三种溶液混合最终形成BST材料；使用旋涂方式制备BST薄膜，首先将适量溶液引至旋转平板上，旋转平板转速为4000r/min，旋转平板温度为400°C，可将溶剂蒸发，旋转五秒后停止，提高旋转平板温度至700°C以烘烤BST薄膜，持续十分钟，即形成BST薄膜，重复上述旋涂方式直至膜厚达到25μm，至此BST夹层3制备完成，其相对介电常数为410，损耗正切值为0.047，当BST夹层3两侧电压值发生变化时，其相对介电常数和损耗正切值均发生改变。频率选择表面基底层1选用聚酰亚胺薄膜，其厚度为20μm，相对介电常数为3.0，损耗正切值为0.005；根据以上参数及中心频点的要求进行频率选择表面的图形设计，采用镀膜和光刻工艺在聚酰亚胺薄膜上制备频率选择表面金属层2，其厚度为20μm；导线4选用金属铜制备，一端与频率选择表面金属层2的金属部分相连接，另一端与直流电压源5相连接。
结合图2说明本实施方式，当BST夹层3两侧没有电压时，其相对介电常数为410，损耗正切值为0.047，滤波器通带中心频点为18.1GHz；当BST夹层3两侧电压为50V时，其相对介电常数为315，损耗正切值为0.036，滤波器通带中心频点为20.7GHz；当BST夹层3两侧电压为100V时，其相对介电常数为250，损耗正切值为0.03,滤波器通带中心频点为22.8GHz。即通过控制BST夹层3两侧的电压，可改变BST材料的相对介电常数，进而实现该滤波器通带的变频功能。
在本实施例中，频率选择表面金属层2表面可以为任意的图形，如十字孔形、十字环形、Y孔形、Y环形、圆孔形和圆环形等等。

Claims (2)

1.一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，该滤波器包括频率选择表面基底层（1）、频率选择表面金属层（2）、钛酸锶钡夹层（3）、导线（4）和直流电压源（5）；其特征是，所述钛酸锶钡夹层（3）与两侧的频率选择表面金属层（2）紧密接触，频率选择表面金属层（2）与频率选择表面基底层（1）紧密接触；直流电压源（5）通过导线（4）与频率选择表面金属层（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有变频功能的双层频率选择表面滤波器，其特征在于，所述钛酸锶钡夹层（3）的制备过程为：
步骤一、将乙酸钡、乙酸锶和异丙氧基钛分别加入乙酸溶液中溶解；将溶解后的三种溶液混合，获得钛酸锶钡溶液；
步骤二、采用旋涂方式制备钛酸锶钡薄膜，将步骤一获得的钛酸锶钡溶液引至旋转平板上，旋转平板的转速为4000r/min，旋转平板温度为400°C，旋转五秒后停止旋转平板，升高旋转平板的温度至700°C烘烤钛酸锶钡薄膜，烘烤时间为十分钟，获得钛酸锶钡薄膜，重复在所述旋转平板上旋涂钛酸锶钡溶液的过程直至薄膜厚度为25μm，获得钛酸锶钡夹层（3）。
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