[发明专利]一种柔性有源频率选择表面及其控制方法

说明书

本发明公开了一种柔性有源频率选择表面及其控制方法，选择表面的单元结构包括低剖面柔性介质基底和分别设置在介质基底上下侧的金属周期阵列。柔性有源频率选择表面工作时，对两个偏置系统独立进行偏置可以配置四种工作状态分别是：双极化带阻、TE单极化带通、TM单极化带通、双极化带通，构成两种功能：电磁开关和极化选择。本发明集成多种功能与一体，基板柔软，适合复杂的应用场景，制作简单且具有良好的角度稳定性，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种有源频率选择表面及其控制方法，尤其涉及一种柔性有源频率选择表面及其控制方法。

背景技术

随着科学技术和经济的发展，各种信息设备越来越多地应用于军事与民用领域，信息设备之间的电磁传输与电磁兼容、精密仪器抗电磁干扰、人体防电磁辐射等均要求对电磁信号实现传输控制或吸收损耗。而频率选择表面(FSS)对电磁波具有选择透过性，这使它广泛应用于雷达罩、空间电磁滤波器、对吸波材料改性等领域。

随着隐身技术的发展与进步，隐身飞行器平台上的雷达天线系统以及各种射频传感器成为雷达散射截面(RCS)的主要贡献源，其隐身技术对于飞行器整体的隐身性能至关重要。但是雷达天线作为信息交互的最前端，必须保证自身正常收发电磁波，不能直接应用外形隐身技术或者涂覆雷达吸波材料等方法来实现其隐身技术。而目前，国内外采用最广泛的隐身技术是频率选择表面(FSS)技术。

FSS是由特定形状的单元图形周期性排列，形成二维的周期阵列结构，其反射特性和传输特性表现为频率的函数。对其传输特性具有影响作用的因素有单元的尺寸、排布方式、排列周期、电磁波入射角度等。由于FSS呈现出开放空间的电磁滤波器的功能，又被称为空间滤波器，在天线设计、表面波处理和雷达散射截面控制等方面备受关注，是天线和微波领域的研究热点之一。其中基于带通型FSS设计的天线罩，往往通过共形技术，将带外传输的电磁波反射到其他方向，减小后向散射；而天线罩在天线工作频带内呈现出得高透明性使得天线变为很大的散射源，不能做到真正隐身。为了改善这一缺点，缩减带内RCS，将有源频率选择表面的概念引入天线罩的设计中形成具有开关功能的天线罩。这一类的切换开关以达到频率选择表面在透明/全反射状态间转换的设计，可以有效缩减带内RCS，并且可以在较宽频带内呈现传输特性从而更加适合在宽频或者多频天线上应用，因此具有广阔的应用前景。

随着现有技术的不断发展，研究多功能有源频率选择表面结构对于吸波、隐身以及极化转换等应用来说具有更高的实用价值，它也是未来电磁超常媒质频率选择表面研究的一个重要热点。传统的有源频率选择表面只能实现一种功能，如电磁波开关或者极化选择或者频率调谐透波/吸波切换功能，不能高效利用资源。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种电磁性能优异的柔性有源频率选择表面，本发明的第二目的为提供该柔性有源频率选择表面的控制方法。

技术方案：本发明的柔性有源频率选择表面，选择表面的单元结构包括低剖面柔性介质基底和分别设置在介质基底上下侧的金属周期阵列。

进一步地，金属周期阵列包括若干个呈二维周期排布的金属单元。金属单元呈正方形，包括上下层金属图案、PIN二极管、金属过孔。PIN二极管位于上下层金属图案之间，PIN二极管连接上下层金属图案。

上下层金属图案是镜像对称的，每层金属图案由若干条曲折线组成且任意一条曲折线绕单元中心旋转得到另外的曲折线。

优选的，上下层对应位置曲折线通过金属过孔连通，每个金属过孔位于每条曲折线最内侧且呈中心对称分布。

PIN二极管位于上下层中心且正交放置，PIN二极管连接上层左右曲折线和下层前后曲折线。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。

介质基底采用聚四氟乙烯高频微波板。金属单元采用0.5oz～3oz厚度的铜。