CN217983699U

CN217983699U - 一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体

Info

Publication number: CN217983699U
Application number: CN202221821581.1U
Authority: CN
Inventors: 金鑫; 孔祥鲲; 余广源
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2032-07-15

Abstract

本实用新型实施例公开了一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体，涉及微波技术领域，通过利用二极管实现不同频率之间透射和反射互相切换，在可切换频带外的一定范围内实现带外吸波功能。本实用新型包括：由双频损耗层(1)和可切换频率选择表面(2)组成具有双频可切换特征的频率选择吸波体(3)；双频损耗层(1)为单层结构，双频损耗层(1)上印刷有金属结构(1‑1)，并在金属结构上安装有电阻(1‑2)；在可切换频率选择表面(2)上开设有缝隙(2‑1)，并在缝隙(2‑1)中嵌入二极管(2‑2)。

Description

一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，尤其涉及一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体。

背景技术

随着技术的进步与发展，雷达散射截面(RCS)成为隐身的一个重要指标。目前，频率选择表面(FSS)是国际上采用计较广泛的隐身技术。频率选择表面是一种单元结构成周期排列的设计，它能够实现在频率上对电磁波选择。随着研究的深入，传输型频率选择吸波体的研究得到发展，它可以实现在频段内吸波同时在该吸波带中实现透射窗口从而保证电磁波正常收发。

面对复杂的电磁环境，单一功能的频率选择吸波体的应用受到限制。同时随着面向多频天线系统的发展，单个频率的频率选择吸波体并不适用于多波段雷达天线系统。因此，为了克服这一困难，需要研究具有可切换和易集成的双带或者多带的频率选择吸波体，作为多频工作天线的天线罩。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体，通过利用二极管实现不同频率之间透射和反射互相切换，在可切换频带外的一定范围内实现带外吸波功能。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

由双频损耗层(1)和可切换频率选择表面(2)组成具有双频可切换特征的频率选择吸波体(3)；双频损耗层(1)为单层结构，双频损耗层(1)上有金属结构(1-1)，并在金属结构上安装有电阻(1-2)；在可切换频率选择表面(2)上开设有缝隙(2-1)，并在缝隙(2-1)中嵌入二极管(2-2)。

双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)的形状相同，边长为P＝32mm；双频有耗层(1)与可切换频率选择表面(2)相互平行，且二者之间相距h＝15mm。

双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)都采用介质基板作为基底，所采用的介质基板厚度为0.5mm，且由相对介电常数为2.2的F4BM介质材料制成。

金属结构(1-1)的组成部分包括菱形环，和与所述菱形环连接的四个正方形方环。四个电阻(1-2)安装在所述菱形环中，每个电阻(1-2)的电阻值为300Ω，菱形环的宽度为w₂＝0.5mm，菱形环内环的长度l₆＝4mm。每一个正方形方环的外环边长a＝8mm，宽度w₁＝0.33mm；在每一个正方形方环中安装有宽度为a₄＝3mm长度为l₂＝6.3mm的金属铜片。

而在每一个正方形方环中，金属铜片(宽为a₄＝3mm长为l₂＝6.3mm)的两边有三对竖直金属线，它们之间距离分别为a₁＝3.83mm，a₃＝4.83mm，a₂＝5.83mm且其中两对竖直金属线距离正方形外环的长为l₃＝5.4mm，l₅＝7mm。另外一对竖直金属线的长度为l₄＝4.3mm。

可切换频率选择表面层(2)的正面安装有正方形金属环和正方形金属片，且正方形金属环和正方形金属片之间的缝隙距离gap＝0.5mm；可切换频率选择表面层(2)的背面的十字金属线宽为le＝0.8mm，长度为32mm；正面的正方形金属环与背面的十字金属线通过圆形金属过孔连接。

本实施例中，双频损耗层(1)由多个金属环和电阻组成；可重构频率选择表面层(2)由金属贴片、金属缝隙、金属过孔、十字金属条和二极管组成，目的使得在二极管不同状态下，可重构频率选择表面层(2)对不同频率的电磁波有透过作用。利用这一特性和双频损耗层结构构成具有带外吸波和带内实现低频反射、高频传输到低频传输、高频反射的切换功能。(1)和(2)两部分的周期大小一致，用厚度为15mm的空气隔开组成具有双频可切换特征的频率选择吸波体(3)。本实用新型通过将双频损耗层和可切换频率选择表面层结合，通过控制二极管两端电压从而实现在不同频率透射和反射切换的功能，同时在可切换频点外实现带外吸波功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的具有双频可切换特征的频率选择吸波体的三维示意图；

图2a、图2b为本实用新型实施例提供的具有双频可切换特征的频率选择吸波体的双频有耗层结构示意图；

图3a、图3b为本实用新型实施例提供的具有双频可切换特征的频率选择吸波体的可切换频率选择表面结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的具有双频可切换特征的频率选择吸波体在给二极管正偏时的S参数曲线；

图5为本实用新型实施例提供的具有双频可切换特征的频率选择吸波体在给二极管反偏时的S参数曲线。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。下文中将详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实现多功能可切换的频率选择吸波体有多种方式，比如pin二极管、变容二极管、液体可重构等方式。而通常的，pin二极管在切换速度上具有一定的优势，可以在很短时间内实现可切换功能。本实施例则是通过采用pin二极管实现可切换功能以及利用电阻能吸波的特点，从而实现具有双频可切换特征的频率选择吸波体的功能。

本实用新型实施例提供一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体，如图1-3所示，包括：

由双频损耗层(1)和可切换频率选择表面(2)组成具有双频可切换特征的频率选择吸波体(3)。在整个工作频带内，实现带外吸波，同时在两个频点处实现低频反射高频透射和低频透射高频反射之间的切换。

双频损耗层(1)为单层结构，该结构在不同频率产生两个通带。双频损耗层(1)上有金属结构(1-1)，并在金属结构上安装有电阻(1-2)。在该层金属结构上加载电阻元器件实现带外吸波功能。

在可切换频率选择表面(2)上开设有缝隙(2-1)，并在缝隙(2-1)中嵌入二极管(2-2)。

通过控制二极管的两端的电压来控制可切换频率选择表面(2)通带的透射频点。二极管导通时的可切换频率选择表面(2)通带频点要与双频损耗层(1)的高频透射频点一致。二极管断开时的可切换频率选择表面(2)通带频点要与双频损耗层(1)的低频透射频点一致。利用二极管实现可切换功能，再结合双频损耗层(1)的电阻实现可切换频点外的对电磁波吸收功能。

具体的，双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)的形状相同，边长为P＝32mm。双频有耗层(1)与可切换频率选择表面(2)相互平行，且二者之间相距h＝15mm。双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)都采用介质基板作为基底，所采用的介质基板厚度为0.5mm，且由相对介电常数为2.2的F4BM介质材料制成。例如：如图1所示，本实用新型所涉及的结构由双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)之间相距为h＝15mm复合而成。整个结构单元的边长为P＝32mm，整体的厚度为16.07mm(金属厚度0.035mm)。

具体的，金属结构(1-1)的组成部分包括菱形环，和与所述菱形环连接的四个正方形方环，以及其他十字形、正方形和方环金属。四个电阻(1-2)安装在所述菱形环中，每个电阻(1-2)的电阻值为300Ω，菱形环的宽度为w₂＝0.5mm，菱形环内环的长度l₆＝4mm。例如：如图2(包括图2a和2b)所示，双频有耗层(1)的四个电阻值为300Ω，连接四个电阻的菱形环宽度为w₂＝0.5mm，菱形环内环的长度l₆＝4mm。其中，每一个正方形方环的外环边长a＝8mm，宽度w₁＝0.33mm。在每一个正方形方环中安装有宽度为a₄＝3mm长度为l₂＝6.3mm的金属铜片。没有电阻的正方形方环外环边长a＝8mm，宽度w₁＝0.33mm。宽度为a₄＝3mm长度为l₂＝6.3mm的金属铜片与正方形方环连接。在双频损耗层(1)每一个正方形方环中，金属铜片的宽为a₄＝3mm长为l₂＝6.3mm，所述金属铜片的两边共有三对竖直金属线，这三对竖直金属线之间距离分别为a₁＝3.83mm，a₃＝4.83mm，a₂＝5.83mm，其中两对竖直金属线距离正方形外环的长为l₃＝5.4mm，l₅＝7mm，另外一对竖直金属线的长度为l₄＝4.3mm。l₇＝0.7mm为正方形外环与两条金属线(上述宽为a₁＝3.83mm，a₂＝5.83mm的金属线)连接部分的距离。连接菱形和正方形的金属线宽为w＝1mm，长为l₁＝4mm。

进一步的，可切换频率选择表面层(2)的正面安装有正方形金属环和正方形金属片，且正方形金属环和正方形金属片之间的缝隙距离gap＝0.5mm。可切换频率选择表面层(2)的背面的十字金属线宽为le＝0.8mm，长度为32mm。正面的正方形金属环与反面的十字金属线通过圆形金属过孔连接。例如：如图3(包括图3a和图3b)所示，可切换频率选择表面层(2)的边长P＝32mm。正面正方形金属环和正方形金属片中间的缝隙距离gap＝0.5mm。正方形金属片的边长的二分之一为x＝10.5mm。背面的十字金属线宽为le＝0.8mm，边长为P＝32mm。正面正方形金属和反面十字金属线通过圆形金属过孔连接，该圆形金属过孔直径为dv＝0.4mm，且圆形金属过孔的圆心与正面正方形金属中心的距离为b＝5.8mm。二极管加载在正面金属环和正方形金属之间，实现通带在不同频点之间切换。将图2和图3结合如图1所示，可实现具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其S参数仿真曲线如图4和图5所示。

本实用新型中所用的可切换频率选择表面的正方形缝隙可以设计成圆形、菱形结构，可以达到同样的功能。

总的来说，本实施例的设计目的在于实现一种基于二极管的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，克服上述现有技术存在的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型设计一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体实现在两个频点之间透射和反射的切换，同时在两个频点外的一定范围内实现吸波功能。所述单元结构包括两个部分：上层的双频损耗层(1)和下层的可切换频率选择表面层(2)。该两部分单元尺寸大小一致且下层的可切换频率选择表面(2)在二极管两种不同工作状态下的透射频点与上层的双频损耗层(1)的某一个透射工作频点一致。

本实用新型中所述的双频可切换的频率选择吸波体是利用二极管的两种不同工作状态实现可切换功能。当给二极管施加反向偏置电压时，具有双频可切换特征的频率选择吸波体在两个工作频点处实现的功能分别为透射(低频工作频点)和反射(高频工作频点)，同时在该两个频点外一定范围内吸波；当给二极管施加正向偏置电压时，具有双频可切换特征的频率选择吸波体在两个工作频点处实现的功能分别为反射(低频工作频点)和透射(高频工作频点)，同时在该两个频点外一定范围内吸波。该实用新型的工作频带可以实现电磁波的传输和反射，同时在两个频点外一定范围内的吸波可以实现隐身效果。

具有双频可切换特征的频率选择吸波体具有以下优点：本实用新型针对双频传输系统而设计的一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体。实现了带外吸波、带内两个工作频点之间可切换的功能，具有创新性和制作方便的特点；本实用新型通过对二极管施加不同电压从而实现二极管不同状态的切换，使得透射和反射工作频点互相切换，适应复杂的电磁环境。同时利用电阻实现吸波的功能，可以实现隐身功能。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，包括：

由双频损耗层(1)和可切换频率选择表面(2)组成具有双频可切换特征的频率选择吸波体(3)；

双频损耗层(1)为单层结构，双频损耗层(1)上有金属结构(1-1)，并在金属结构上安装有电阻(1-2)；

2.根据权利要求1所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)的形状相同，边长为P＝32mm；

双频有耗层(1)与可切换频率选择表面(2)相互平行，且二者之间相距h＝15mm。

3.根据权利要求1所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，双频有耗层(1)和可切换频率选择表面(2)都采用介质基板作为基底，所采用的介质基板厚度为0.5mm，且由相对介电常数为2.2的F4BM介质材料制成。

4.根据权利要求1所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，金属结构(1-1)的组成部分包括菱形环，和与所述菱形环连接的四个正方形方环。

5.根据权利要求4所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，四个电阻(1-2)安装在所述菱形环中，每个电阻(1-2)的电阻值为300Ω，菱形环的宽度为w₂＝0.5mm，菱形环内环的长度l₆＝4mm。

6.根据权利要求4所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，双频损耗层(1)的每一个正方形方环的外环边长a＝8mm，宽度w₁＝0.33mm；

在每一个正方形方环中安装有宽度为a₄＝3mm长度为l₂＝6.3mm的金属铜片。

7.根据权利要求4所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，在双频损耗层(1)每一个正方形方环中，金属铜片的宽为a₄＝3mm长为l₂＝6.3mm，所述金属铜片的两边共有三对竖直金属线，这三对竖直金属线之间距离分别为a₁＝3.83mm，a₃＝4.83mm，a₂＝5.83mm，其中两对竖直金属线距离正方形外环的长为l₃＝5.4mm，l₅＝7mm，另外一对竖直金属线的长度为l₄＝4.3mm。

8.根据权利要求1所述的具有双频可切换特征的频率选择吸波体，其特征在于，可切换频率选择表面(2)的正面安装有正方形金属环和正方形金属片，且正方形金属环和正方形金属片之间的缝隙距离gap＝0.5mm；

可切换频率选择表面(2)的背面的十字金属线宽为le＝0.8mm，长度为32mm；

正面的正方形金属环与背面的十字金属线通过圆形金属过孔连接。