CN103346366A - 一种采用热致相变材料制备的空间滤波器 - Google Patents

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陈新
高劲松
徐念喜
汤洋
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Abstract

本发明一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，解决现有的FSS应用过程中滤波特性无法改变，且无法实现电磁波全通或选通的控制问题，该滤波器包括夹芯层、粘接层、基底层、热致相变材料层和控温装置，所述的夹芯层与两侧的粘接层紧密接触，粘接层与两侧的热致相变材料层紧密接触，热致相变材料层与两侧的基底层紧密接触，所述的控温装置通过调节温度对热致相变材料层进行控制。本发明的滤波器可以根据实际需求实现带通滤波或全频段电磁波透过，同时该滤波器结构简单、操作方便。

Description

一种采用热致相变材料制备的空间滤波器
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种采用热致相变材料制备的空间滤波器。
背景技术
频率选择表面（FrequencySelectiveSurface,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。
在微波领域里FSS作为空间滤波器具有广泛的应用。例如将FSS结构作为建筑物的墙壁或门窗的夹层形成电磁屏蔽室，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。
采用传统的FSS技术建造完成的电磁屏蔽室，其带通滤波特性无法改变，当建筑物内部需要与外界进行全频段通信时则无法实现，类似的局限性使得传统的FSS作为空间滤波器在实际应用中难以满足需求。
公开号为CN103022602A的中国专利，公开了一种具有开关功能的智能空间滤波器，该滤波器采用导电聚合物与固态电解质组成的混合物作为双层FSS带通滤波器的中间夹层，通过FSS的金属层对混合物夹层施加电场，控制夹层材料在导体与绝缘体之间进行转换，可实现该双层FSS滤波器的频率选择功能或全频段屏蔽，即实现通带开、关功能，但是无法实现电磁波全通或选通的控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的FSS应用过程中滤波特性无法改变，且无法实现电磁波全通或选通的控制问题，而提供一种采用热致相变材料制备的空间滤波器。
一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，该滤波器包括夹芯层、粘接层、基底层、热致相变材料层和控温装置，所述的夹芯层与两侧的粘接层紧密接触，粘接层与两侧的热致相变材料层紧密接触，热致相变材料层与两侧的基底层紧密接触，所述的控温装置通过调节温度对热致相变材料层进行控制。
本发明的工作原理：本发明一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，所述的热致相变材料在某一温度T存在相变，可由金属态转换为绝缘态，或由绝缘态转换为金属态，以二氧化钒为例，在温度为68℃时存在相变，在68℃以下二氧化钒表现出电介质特性，对微波频段的电磁波透明，该结构的滤波器表现出电磁波全频段透射的特性；在68℃以上二氧化钒具有金属导电性能，在其表面制备图形相同且周期性排列的图案，可实现金属FSS的滤波功能，通过调节控温装置,对热致相变材料层进行加热或制冷，可实现该空间滤波器的电磁波全通或选通的功能，即控制滤波功能的打开与关闭。
本发明的有益效果：本发明提供了一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，与传统的FSS空间滤波器和采用导电聚合物和固态电解质组成的混合物作为夹层材料制备的双层FSS滤波器相比，可以根据实际需求打开或关闭滤波器的滤波功能，该滤波器既能实现某一特定频段的电磁波透过，也能根据实际需求做出调整实现全频段电磁波透过，即实现了控制该滤波器滤波功能的打开与关闭，具有很好的实际应用性及可靠性，同时该滤波器结构简单、操作方便。
附图说明
图1本发明一种采用热致相变材料制备的空间滤波器结构示意图。
图2本发明一种采用热致相变材料制备的空间滤波器热致相变材料层表面的图案尺寸示意图。
图3本发明一种采用热致相变材料制备的空间滤波器在滤波功能打开和关闭两种状态下对正入射电磁波的传输特性对比图。
具体实施方式
结合图1、图2和图3说明本实施方式，一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，如图1所示，该滤波器包括夹芯层1，粘接层2，热致相变材料层3，基底层4和控温装置5，所述的夹芯层1与两侧的粘接层2紧密接触，粘接层2与两侧的热致相变材料层3紧密接触，热致相变材料层3与两侧的基底层4紧密接触，所述的控温装置5通过调节温度对热致相变材料层3进行控制，不遮挡微波对几种材料层的照射。
在本实施方式中，所述的夹芯层1选用聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫，厚度为4mm，相对介电常数为1.08，损耗正切值为0.003；粘接层2选用有机硅胶膜，厚度为30μm，相对介电常数为2.6，损耗正切值为0.003；基底层4选用聚酰亚胺（PI）薄膜，其厚度为25μm，相对介电常数为3.0，损耗正切值为0.005；热致相变材料选用二氧化钒，热致相变材料层3厚度为10μm，其相变温度为68℃；根据夹芯层1、粘接层2和基底层4的各项参数以及滤波器中心频点的要求，进行热致相变材料层3表面的图形设计，采用光刻和镀膜工艺在基底层4的一侧制备热致相变材料层3以及其表面的图形。
结合图2说明本实施方式，假设滤波器中心频点为22GHz，则热致相变材料层3表面的图形尺寸如图2所示：采用Y孔单元60°排列，Y孔的孔缝宽度W=1.62mm，Y孔的孔缝长度L=2.92mm，单元图形的中心距离a=b=8mm，单元图形排布的夹角θ=60°。使用压辊将粘接层2的一侧粘在热致相变材料层3的表面，再将粘接层2的另一侧紧密贴合在夹心层1表面；控温装置5设置在夹芯层1、粘接层2、热致相变材料层3和基底层4的两端，控温装置5与夹芯层1、粘接层2、热致相变材料层3和基底层4边缘的距离为0.1米，可根据需要控制热致相变材料的温度，并且不遮挡微波对几种材料层的照射，控温装置5选用冷热风机,可排放冷风或热风，使热致相变材料层3表面的温度根据需要得到相应的控制，进而实现其在绝缘体与导体之间的可逆转变。
结合图3说明本实施方式，当热致相变材料层3表面温度低于68℃时，热致相变材料层3表现为绝缘体，该滤波器的滤波功能关闭，实现全频段电磁波透过；当控温装置5排放热气使热致相变材料层3表面温度高于68℃时，热致相变材料层3具有导电性，可实现金属FSS的滤波特性，该滤波器的滤波功能打开；当控温装置5排放冷气使热致相变材料层3表面温度再次低于68℃时，热致相变材料层3又转变为绝缘体，该滤波器的滤波功能关闭，重新实现全频段电磁波透过。
在本实施方式中，夹心层1还可以选用聚醚酰亚胺（PEI）泡沫或聚氨基甲酸酯（PU）泡沫；粘接层2还可以选用乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）胶膜；热致相变材料层3也可选用三氧化二钒和掺锶或钙的锰酸镧材料；热致相变材料层3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；基底层4也可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜或聚氯乙烯（PVC）薄膜；控温装置5也可以使用空调机，对热致相变材料进行加热或制冷。

Claims (6)

1.一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，该滤波器包括夹芯层（1），粘接层（2），热致相变材料层（3），基底层（4）和控温装置（5），其特征在于，所述的夹芯层（1）与两侧的粘接层（2）紧密接触，粘接层（2）与两侧的热致相变材料层（3）紧密接触，热致相变材料层（3）与两侧的基底层（4）紧密接触，所述的控温装置（5）通过调节温度对热致相变材料层（3）进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，其特征在于，所述的控温装置（5）与夹芯层（1）、粘接层（2）、热致相变材料层（3）和基底层（4）边缘的距离为0.1米。
3.根据权利要求1所述的一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，其特征在于，所述的热致相变材料层（3）的材料为二氧化钒、三氧化二钒、掺锶的锰酸镧或掺钙的锰酸镧。
4.根据权利要求1所述的一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，其特征在于，所述的控温装置（5）为冷热风机或空调机。
5.根据权利要求1所述的一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，其特征在于，所述的夹心层（1）为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚醚酰亚胺泡沫或聚氨基甲酸酯泡沫；粘接层（2）为有机硅胶膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜；基底层（4）为聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚氯乙烯薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种采用热致相变材料制备的空间滤波器，其特征在于，所述的热致相变材料层（3）表面为十字孔形、十字环形、Y孔形、Y环形、圆孔形或圆环形。
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