CN104167577B - 一种新型电可调频率选择表面结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型电可调频率选择表面结构，包括介质板及设置于其正反面的上导电层、下导电层，上导电层、下导电层分别由上周期单元、下周期单元周期排布构成，上周期单元由上下边缘的上层平行金属带、中心的大金属方块以及左右边缘的小金属方块构成，上层平行金属带、大金属方块、小金属方块均不连接；下周期单元由左右边缘的下层平行金属带构成；大金属方块的四周分别焊接有一变容二极管，上下变容二极管的正负极分别焊接在大金属方块、上层平行金属带上；左右变容二极管的正负极分别焊接在小金属方块、大金属方块上；小金属方块与下层平行金属带通过穿过介质板的导电过孔连接。本发明利用频率选择表面自身金属结构减小偏置网络层对频选传输特性的影响。
Description
技术领域
本发明属于频率选择表面设计领域，具体涉及一种新型电可调频率选择表面结构，尤其适用于L、S、C波段雷达、通讯设备。
背景技术
频率选择表面(FSS)是由特定形状的单元图形构成的周期性阵列结果，其可看成是开放空间的电磁滤波器结构，并具有带通或带阻特性，通常被用于雷达隐身天线罩、抛物面天线的副反射器等等。
普通的频率选择表面的谐振频率与频率选择表面周期单元的结构尺寸参数相关，对于特定结构尺寸频选，其通带频率往往是固定的。但是在一些特殊的应用条件下，需要频率选择表面的通带频率能够受到人为的控制，即通过输入一定的控制信号（偏置电压、偏置磁场等），能够改变频率选择表面的通带频率，满足特殊应用需求。
目前，常见的电可调频率选择表面的实现方法是在频率选择表面各个周期单元上加载可变电容，再通过在频选表面上设置一定的电压偏置网络将控制电压信号送达到可变电容两端，通过偏置电压改变可变电容的电容值进而实现对频率选择表面的谐振频率的控制。由于此种可变电容+偏置网络的方法实现难度相对小，控制精度更高，已经成为电可调频率选择表面的主流方法。
然而，压控电可调频率选择表面的实现同样存在难点，主要包括如下几方面：
1、压控电可调频率选择表面需要在原频选表面上设置电压偏置网络，而压控偏置网络通常由细金属线构成，其将会对频率选择表面的传输特性产生较大影响（包括谐振频率的偏移和插入损耗的增大等）；
2、同样受到电压偏置网络的限制，现有的压控电可调频率选择表面大部分为单一极化方向，无法满足多极化方向电子设备的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有电可调频率选择表面设计存在的上述不足，提供一种新型电可调频率选择表面结构，利用频率选择表面自身的金属结构实现对偏置信号的传输，减小了偏置网络层对频选传输特性的影响。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种新型电可调频率选择表面结构，它包括一块介质板，介质板的正反两面分别设有上导电层、下导电层（介质板位于上导电层和下导电层之间），上导电层由上周期单元周期排布构成，下导电层由下周期单元周期排布构成，所述的上周期单元由位于其上下边缘的上层平行金属带、位于中心的大金属方块以及位于左右边缘的小金属方块（小金属方块分布于大金属方块两边）构成，上层平行金属带、大金属方块、小金属方块均不连接；所述的下周期单元由位于其左右边缘的下层平行金属带构成；所述的上周期单元的大金属方块的四周分别焊接有一变容二极管，上下两个变容二极管跨接于大金属方块与上层平行金属带之间，上下变容二极管的正极焊接在大金属方块上、负极焊接在上层平行金属带上；左右两个变容二极管跨接于小金属方块与大金属方块之间，左右变容二极管的正极焊接在小金属方块上、负极焊接在大金属方块上；所述的上周期单元的小金属方块与下周期单元的下层平行金属带通过穿过介质板的导电过孔连接。
按上述方案，所述的大金属方块的中心与上周期单元的正中心重合，小金属方块为正方形，小金属方块的边长与上层平行金属带的宽度相同。
按上述方案，所述的上层平行金属带与下层平行金属带垂直设置、构成一个不在同一水平面内的虚拟金属方框，金属方框各边的宽度相同。
按上述方案，所述的四个变容二极管围绕大金属方块四周呈中心对称结构（四个变容二极管的焊接位置不固定，但相对周期单元中心对称）。
按上述方案，所述的介质板为PCB板，PCB板的厚度小于1mm。
本发明的工作原理：将上述上周期单元、下周期单元在介质板的正反面周期性排列分别构成电可调频率选择表面的上导电层、下导电层后，加载在上导电层的上层平行金属带、下导电层的下层平行金属带之间的偏置电压经过上层平行金属带、下层平行金属带传输到变容二极管上，进而实现对变容二极管的电容值的控制。由于作为介质板的PCB板的厚度较小，其传输特性与上下导电层的金属结构位于一个水平面内时的传输特性相同。随着上下导电层内的金属带之间偏置电压的变化，变容二极管的电容值不断变化，进而改变整个电可调频率选择表面结构的通带频率。由于仅将原来的单导电层变为双导电层，并将上述双导电层自身作为偏置电路，该电可调频率选择表面结构的谐振频率不会产生明显变化。
本发明的有益效果在于：该电可调频率选择表面结构主要用于微波雷达、通信频段，利用频选表面自身的金属结构实现对偏置信号的传输，取消了电可调频率选择表面结构的偏置网络层，减小了偏置网络层对频选传输特性的影响；另外该新型电可调频率选择表面结构具有双极化方向性，能够满足多极化电子设备电可调频率选择表面结构的设计要求。
附图说明
图1为本发明电可调频率选择表面结构的上、下周期单元及介质板配合的结构示意图；
图2为图1中上周期单元、下周期单元及介质板的分解图；
图3为本发明电可调频率选择表面结构的样板示意图；
图中，1-上导电层，11-上层平行金属带，12-大金属方块，13-小金属方块，2-下导电层，21-下层平行金属带，3-介质板，4-导电过孔，5-变容二极管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1~图3所示，本发明所述的新型电可调频率选择表面结构，它包括一块介质板3，介质板3的正反两面分别设有上导电层1、下导电层2（介质板3位于上导电层1和下导电层2之间），上导电层1由上周期单元10周期排布构成，下导电层2由下周期单元20周期排布构成，所述的上周期单元10由位于其上下边缘的上层平行金属带11、位于中心的大金属方块12以及位于左右边缘的小金属方块13（小金属方块13分布于大金属方块12两边）构成，上层平行金属带11、大金属方块12、小金属方块13均不连接；所述的下周期单元20由位于其左右边缘的下层平行金属带21构成；所述的上周期单元10的大金属方块12的四周分别焊接有一变容二极管5，上下两个变容二极管5跨接于大金属方块12与上层平行金属带11之间，上下变容二极管5的正极焊接在大金属方块12上、负极焊接在上层平行金属带11上；左右两个变容二极管5跨接于小金属方块13与大金属方块12之间，左右变容二极管5的正极焊接在小金属方块13上、负极焊接在大金属方块12上；所述的上周期单元10的小金属方块13与下周期单元20的下层平行金属带21通过穿过介质板3的导电过孔4连接。
所述的大金属方块12的中心与上周期单元10的正中心重合，小金属方块13为正方形，小金属方块13的边长与上层平行金属带11的宽度相同。
所述的上层平行金属带11与下层平行金属带21垂直设置、构成一个不在同一水平面内的虚拟金属方框，金属方框各边的宽度相同。
所述的四个变容二极管5围绕大金属方块12四周呈中心对称结构（四个变容二极管5的焊接位置不固定，但相对周期单元中心对称）。
所述的介质板3为PCB板，PCB板的厚度小于1mm。
参照图3所示，本发明所述的电可调频率选择表面结构，选用厚度小于1mm的PCB板作为介质板3，PCB板的正反面均匀对称加工带有电可调频率选择表面周期单元的上导电层1、下导电层2，上导电层1、下导电层2分别由上周期单元10、下周期单元20周期性排列构成，四个变容二极管5采用人工或自动焊接方法焊接，其中深色的表示上导电层1内的金属结构，浅色为下导电层2的金属结构。上导电层1的各个上周期单元10的上层平行金属带11利用第一导线61连起来，下导电层2的各个下周期单元20的下层平行金属带21利用第二导线62连起来，然后在第一导线61和第二导线62上即可加偏置电压。此时电可调频率选择表面结构即加工完毕。
在上导电层1的各个上周期单元10的上层平行金属带11上加正电压，在下导电层2的各个下周期单元20的下层平行金属带21上加负电压，改变上述偏置电压的大小，即可完成对电可调频率选择表面结构通带频率的控制。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种新型电可调频率选择表面结构，它包括一块介质板，介质板的正反两面分别设有上导电层、下导电层，上导电层由上周期单元周期排布构成，下导电层由下周期单元周期排布构成，其特征在于：所述的上周期单元由位于其上下边缘的上层平行金属带、位于中心的大金属方块以及位于左右边缘的小金属方块构成，上层平行金属带、大金属方块、小金属方块均不连接；所述的下周期单元由位于其左右边缘的下层平行金属带构成；所述的上周期单元的大金属方块的四周分别焊接有一变容二极管，上下两个变容二极管跨接于大金属方块与上层平行金属带之间，上下变容二极管的正极焊接在大金属方块上、负极焊接在上层平行金属带上；左右两个变容二极管跨接于小金属方块与大金属方块之间，左右变容二极管的正极焊接在小金属方块上、负极焊接在大金属方块上；所述的上周期单元的小金属方块与下周期单元的下层平行金属带通过穿过介质板的导电过孔连接；上导电层的各个上周期单元的上层平行金属带利用第一导线连起来，下导电层的各个下周期单元的下层平行金属带利用第二导线连起来，在第一导线和第二导线上加可变的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的新型电可调频率选择表面结构，其特征在于：所述的大金属方块的中心与上周期单元的正中心重合，小金属方块为正方形，小金属方块的边长与上层平行金属带的宽度相同。
3.根据权利要求1所述的新型电可调频率选择表面结构，其特征在于：所述的上层平行金属带与下层平行金属带垂直设置、构成一个不在同一水平面内的虚拟金属方框，金属方框各边的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的新型电可调频率选择表面结构，其特征在于：所述的四个变容二极管围绕大金属方块四周呈中心对称结构。
5.根据权利要求1所述的新型电可调频率选择表面结构，其特征在于：所述的介质板为PCB板，PCB板的厚度小于1mm。
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