[发明专利]一种液晶可重构频率选择表面

说明书

本发明公开了一种液晶可重构频率选择表面。所述选择表面包括单层液晶可重构频率选择表面和双层液晶可重构频率选择表面，所述双层液晶可重构频率选择表面由两组单层液晶可重构频率选择表面通过支撑层的支撑叠加形成，所述单层液晶可重构频率选择表面由单元结构周期排布而成，所述单元结构包括上层基板(1)、上矩形金属环(12)、液晶(2)、下矩形金属环(13)和下层基板(3)，所述上层基板(1)、上矩形金属环(12)、液晶(2)、下矩形金属环(13)和下层基板(3)从上到下依次叠加设置，所述上矩形金属环(12)和下矩形金属环(13)分别蚀刻S型缝隙(11)。本发明具有小型化、大调谐率和通带方波化特性的优势。

技术领域

本发明属于微波器件工程技术领域；具体涉及一种液晶可重构频率选择表面。

背景技术

频率选择表面是一种由谐振型或非谐振型单元组成的具有带通特性或带阻特性的周期阵列，广泛应用于天线、雷达和无线通信等领域。现有可重构频率选择表面主要通过在结构胞元中加载变容二极管、铁电体、石墨烯或者液晶的方法来实现。变容二极管的优点在于调谐范围大、设计方法简单，但受封装引线电感的影响，只能工作在微波低频段(X波段以下)。铁电体和石墨烯虽然可工作在Ku以上波段，但受限于制备工艺，无论是铁电体薄膜还是石墨烯薄膜的电磁一致性都无法保证。

液晶是一种各向异性的材料，作为一种单轴晶体，其分子长轴具有一个固定的指向，在外加电场或磁场的作用下，液晶分子的长轴指向将发生偏转，从而引起液晶宏观介电常数发生变化。这样的特性使加载液晶的频率选择表面具备电调谐能力。相比于变容二极管、铁电体以及石墨烯，液晶可重构频率选择表面具有工作频率范围宽(从低频到太赫兹)、调谐率高及性能稳定等诸多优点。然而现有的液晶可重构频率选择表面存在调谐率低、结构单元尺寸大(导致角度稳定性差)、不具备方波化滤波特性等问题，以至于无法应用。

发明内容

本发明提供一种液晶可重构频率选择表面，针对目前液晶可重构频率选择表面调谐率小，结构单元尺寸大、且不具备方波化滤波特性的问题，具备小型化、大调谐率和通带方波化特性的液晶可重构频率选择表面。

本发明通过以下技术方案实现：

一种液晶可重构频率选择表面，所述选择表面包括单层液晶可重构频率选择表面和双层液晶可重构频率选择表面，所述双层液晶可重构频率选择表面由两组单层液晶可重构频率选择表面通过支撑层的支撑叠加形成，所述单层液晶可重构频率选择表面由单元结构周期排布而成，所述单元结构包括上层基板1、上矩形金属环12、液晶2、下矩形金属环13和下层基板3，所述上层基板1、上矩形金属环12、液晶2、下矩形金属环13和下层基板3从上到下依次叠加设置，所述上矩形金属环12和下矩形金属环13分别蚀刻S型缝隙11。

进一步的，所述上矩形金属环12的S型缝隙11与下矩形金属环13的S型缝隙11呈180°旋转对称。

进一步的，所述S型缝隙11包括缝隙Ⅰ4、缝隙Ⅱ5、缝隙Ⅲ6、缝隙Ⅳ7、缝隙Ⅴ8、缝隙Ⅵ9和缝隙Ⅶ10，所述缝隙Ⅰ4的尾端连接缝隙Ⅱ5的首端，所述缝隙Ⅱ5的尾端连接缝隙Ⅲ6的首端，所述缝隙Ⅲ6的尾端连接缝隙Ⅳ7的首端，所述缝隙Ⅳ7的尾端连接缝隙Ⅴ8的首端，所述缝隙Ⅴ8的尾端连接缝隙Ⅵ9的首端，所述缝隙Ⅵ9的尾端连接缝隙Ⅶ10。

进一步的，所述单元结构的上矩形金属环12或单元结构的下矩形金属环13外部轮廓的长或宽为参数P₁，所述参数P₁也是单元结构的外部轮廓的长或宽，所述单元结构的上矩形金属环12或单元结构的下矩形金属环13外部轮廓的宽或长为参数P₂，所述参数P₂也是单元结构的外部轮廓的宽或长，所述缝隙Ⅱ5外缝隙界到单元结构的上矩形金属环12或单元结构的下矩形金属环13外部轮廓的距离为参数w，所述缝隙Ⅰ4的竖向缝隙界到缝隙Ⅳ7的左缝隙界距离为参数w_s，所述缝隙Ⅳ7的宽度为参数g，所述缝隙Ⅳ7的右缝隙界到缝隙Ⅵ9的内缝隙界距离为参数a，所述缝隙Ⅰ4的上缝隙界到缝隙Ⅲ6的下缝隙界距离为参数b。