[实用新型]一种多功能有源频率选择表面

说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁超材料技术领域，具体涉及一种可调控的多功能有源频率选择表面。

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或缝隙组成，具有良好的空间滤波特性，能够在传输带内电磁波的同时反射带外电磁波。

传统的无源FSS在加工之后，其电磁性能就基本固定了，无法在随外部环境变化而改变。有源频率选择表面（Active Frequency Selective Surface, AFSS）能够通过改变外加激励（如电压大小、电场强度和光强度等）来主动改变FSS的电磁性能。电控AFSS能够通过加载有源器件（如PIN二极管、变容二极管等）来实现可重构的电磁特性，为了控制这些有源器件的状态，通常需要在AFSS阵列内添加偏置线。然而，额外的馈线会极大地影响AFSS的电磁特性（如频率偏移、插损增加和虚假信号响应等），同时会增加制作难度和制作成本。通过合理设计AFSS的拓扑结构，将金属周期结构本身作为馈线，能够去除AFSS阵列内部冗余的馈线，极大地减小馈电系统带来的负面影响。

尽管AFSS可以在一定程度上满足实际应用的需求，但由于其功能单一，在很多时候无法满足外部复杂电磁环境对电子设备的功能多样性和状态可调性等要求。因此，有必要研究具有多功能的AFSS，为电磁隐身、电磁兼容和可重构器件设计提供重要的技术支持，具有重要的军事和民用价值。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种多功能有源频率选择表面，有效解决现有有源频率选择表面馈线冗余、功能单一的问题，能广泛应用于电磁隐身、电磁兼容和可重构器件设计等领域。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种多功能有源频率选择表面，包括介质基底和分别设置在介质基底上侧和下侧的金属周期阵列；

所述金属周期阵列包括若干个呈周期性阵列分布的金属单元；

所述金属单元呈正方形，包含两个金属细线结构、两个金属粗线结构和一个PIN二极管，其中，所述两个金属细线结构平行设置；两个金属粗线结构通过PIN二极管连接成一条直线，平行设置在两个金属细线结构的中间；所述两个金属细线结构构成了金属单元正方形的两条边，所述两个金属粗线结构不和PIN二极管相连的一端分别设置在金属单元正方形的另外两条边上；

所述金属周期阵列中PIN二极管方向一致，且相邻金属单元之间对应相连；

所述介质基底上侧的金属周期阵列和介质基底下侧的金属周期阵列呈正交排列。

作为本实用新型一种多功能有源频率选择表面进一步的优化方案，所述介质基底采用F4B聚四氟乙烯高频微波板，厚度为0.8 mm。

作为本实用新型一种多功能有源频率选择表面进一步的优化方案，所述金属单元采用35μm厚度的铜。

作为本实用新型一种多功能有源频率选择表面进一步的优化方案，所述PIN二极管采用SOT-23封装的PIN二极管。

本实用新型还公开了一种基于该多功能有源频率选择表面的控制方法，包含以下步骤：

如果需要多功能有源频率选择表面工作在双极化带通状态，则在介质基底上侧的金属周期阵列、介质基底下侧的金属周期阵列上均不加载直流偏置电压；

如果需要多功能有源频率选择表面工作在双极化屏蔽状态，则在介质基底上侧的金属周期阵列、介质基底下侧的金属周期阵列上均沿其PIN二极管方向加载直流偏置电压；

如果需要多功能有源频率选择表面工作在TE极化波选择状态，则在介质基底上侧的金属周期阵列上沿其PIN二极管方向加载直流偏置电压、在介质基底下侧的金属周期阵列上不加载直流偏置电压；

如果需要多功能有源频率选择表面工作在TM极化波选择状态，则在介质基底上侧的金属周期阵列上不加载直流偏置电压、在介质基底下侧的金属周期阵列上沿其PIN二极管方向加载直流偏置电压。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 采用一种特殊的拓扑结构，将金属粗线结构本身作为馈线连接PIN二极管，金属周期阵列内部无需额外的馈线，有效减小馈电系统对有源频率选择表面电磁特性产生的负面影响。