CN105272216A - 可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法 - Google Patents

可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法，通过设计制备介电常数在20-400，损耗在0.0001-0.01之间的微波陶瓷，将陶瓷粉体压制成特殊结构，利用此特殊结构不同的表面对入射电磁波可产生不同的频率选择特性，且产生的不同频率选择特性在频段上具有相连型，对这种结构实施机械转动，制作成可重构全介质超材料频率选择表面。本发明制备工艺简单，成本低，且具有强的实用性，所得可重构全介质超材料频率选择表面具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及高功率等优势。

Description

可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法
技术领域
本发明涉及超材料全介质频率选择表面设计技术领域，具体涉及一种可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法。
背景技术
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)是对电磁波具有滤波作用的周期性结构。一般来说，典型的频率选择表面是：周期性地排列金属单元的贴片型和在金属屏上周期性开孔的孔径型。现在大部分频率选择表面都是基于金属结构设计的，金属结构虽有诸多优点，但在抗氧化性、耐腐蚀、耐高温以及高功率等方面仍具有缺点，因此使用全介质材料，如陶瓷材料可以避免以上问题。一般情况下，一种结构的频率选择表面只能实现一种效果，那么如何设计一种可重构频率选择表面来一次性实现多种选择效果，尤其是工作频带相连的效果是需要设计解决的问题。
微波陶瓷是一类具有较好电磁性能的陶瓷材料。但是，把陶瓷这种全介质作为频率选择表面的研究却较少。尤其是利用机械实现可重构效果的研究更是鲜见。关于陶瓷结构的频率选择表面的前期研究发现：基于陶瓷设计出的全介质超材料频率选择表面具有较好的性能，且在抗氧化、耐腐蚀、耐高温以及高功率等方面具有潜在的应用价值。
基于以上分析，设计了基于微波陶瓷结构的机械可重构频率选择表面。结果显示该频率选择表面具有良好的机械可重构特性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法，通过设计制备介电常数在20-400，损耗在0.0001-0.01之间的微波陶瓷，将陶瓷粉体压制成特殊结构，利用此特殊结构不同的表面对入射电磁波可产生不同的频率选择特性，且产生的不同频率选择特性在频段上具有相连型，对这种结构实施机械转动，制作成可重构全介质超材料频率选择表面。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法，通过设计制备介电常数在20-400，损耗在0.0001-0.01之间的微波陶瓷，将陶瓷粉体压制成特殊结构，并实施机械转动；具体包括如下步骤：
S1、按0.7Ba0.6Sr0.4TiO3--0.3La(Mg0.5Ti0.5)O3化学计量比称取分析纯的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛、氧化镁、氧化镧，分别置于150℃条件下干燥10小时；
S2、将步骤S1处理后的原料在无水乙醇中以ZrO2球为媒质行星球磨24小时后，烘干研磨，得无水碳酸钡粉料、无水碳酸锶粉料、二氧化钛粉料、二氧化钛预烧粉料、氧化镁预烧粉料和氧化镧预烧粉料；
S3、将所得的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛粉料在1200℃空气中预烧2小时保温2小时；将所得的二氧化钛、氧化镁、氧化镧预烧粉料在1400℃空气中预烧2小时保温2小时，将得到的两种粉料过筛烘干；
S4、将两种粉料分别以体积比7∶3的比例在无水乙醇中再次行星球磨12小时后，混合烘干，加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目筛)，在300MPa压力下干压成型为直径12mm，厚度1.0mm的圆片坯体以及十字形坯体；
S5、将坯体在空气中缓慢升温至550℃，保温2小时排除PVA后，将坯体在1500℃空气中保温烧结4小时，得致密陶瓷，用圆柱形陶瓷测定陶瓷的介电常数为110，损耗为0.0015；
S6、将获得的十字形陶瓷用砂纸和研磨稿精修至统一厚度。
本发明具有以下有益效果：
本发明制备工艺简单，成本低，且具有强的实用性，所得可重构全介质超材料频率选择表面具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及高功率等优势。
附图说明
图1为本发明实施例所得可重构全介质超材料频率选择表面的构型图(状态1)。
图2为本发明实施例所得可重构全介质超材料频率选择表面的构型图(状态2)。
图3为本发明实施例所得可重构全介质超材料频率选择表面的不同构型(状态1和状态2)下的电磁散射参数。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
S1、按0.7Ba0.6Sr0.4TiO3--0.3La(Mg0.5Ti0.5)O3化学计量比称取分析纯的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛、氧化镁、氧化镧，分别置于150℃条件下干燥10小时；
S2、将步骤S1处理后的原料在无水乙醇中以ZrO2球为媒质行星球磨24小时后，烘干研磨，得无水碳酸钡粉料、无水碳酸锶粉料、二氧化钛粉料、二氧化钛预烧粉料、氧化镁预烧粉料和氧化镧预烧粉料；
S3、将所得的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛粉料在1200℃空气中预烧2小时保温2小时；将所得的二氧化钛、氧化镁、氧化镧预烧粉料在1400℃空气中预烧2小时保温2小时，将得到的两种粉料过筛烘干；
S4、将两种粉料分别以体积比7∶3的比例在无水乙醇中再次行星球磨12小时后，混合烘干，加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目筛)，在300MPa压力下干压成型为直径12mm，厚度1.0mm的圆片坯体以及十字形坯体(如图1-2所示)；
S5、将坯体在空气中缓慢升温至550℃，保温2小时排除PVA后，将坯体在1500℃空气中保温烧结4小时，得致密陶瓷，用圆柱形陶瓷测定陶瓷的介电常数为110，损耗为0.0015；
S6、将获得的十字形陶瓷用砂纸和研磨稿精修至统一厚度，并实施机械转动，制作成可重构全介质超材料频率选择表面。
使用矢量网络分析仪对所得十字形陶瓷进行性能测试，发现其在机械转动的情况下，不同面对于入射的电磁波具有不同的频率选择特性，且不同的选择特性在频率上具有相连性。其中，使用CST2011软件进行仿真测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.可重构超材料全介质频率选择表面的设计方法，其特征在于，通过设计制备介电常数在20-400，损耗在0.0001-0.01之间的微波陶瓷，将陶瓷粉体压制成特殊结构，并实施机械转动；
具体包括如下步骤：
S1、按0.7Ba0.6Sr0.4TiO3--0.3La(Mg0.5Ti0.5)O3化学计量比称取分析纯的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛、氧化镁、氧化镧，分别置于150℃条件下干燥10小时；
S2、将步骤S1处理后的原料在无水乙醇中以ZrO2球为媒质行星球磨24小时后，烘干研磨，得无水碳酸钡粉料、无水碳酸锶粉料、二氧化钛粉料、二氧化钛预烧粉料、氧化镁预烧粉料和氧化镧预烧粉料；
S3、将所得的无水碳酸钡、无水碳酸锶、二氧化钛粉料在1200℃空气中预烧2小时保温2小时；将所得的二氧化钛、氧化镁、氧化镧预烧粉料在1400℃空气中预烧2小时保温2小时，将得到的两种粉料过筛烘干；
S4、将两种粉料分别以体积比7∶3的比例在无水乙醇中再次行星球磨12小时后，混合烘干，加入聚乙烯醇手工研磨造粒(100目筛)，在300MPa压力下干压成型为直径12mm，厚度1.0mm的圆片坯体以及十字形坯体；
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