[发明专利]一种超宽带可调超表面吸波体单元、贴片阵列及控制方法

说明书

本发明属于超表面吸波体，为解决目前超表面吸波体中的无源吸波体在低剖面结构下能够实现的工作带宽有限，且一旦加工完成，工作性能随之固定，在结构中加载可调元器件，实现的吸波宽带均较为有限的问题，提供一种超宽带可调超表面吸波体单元、贴片阵列及控制方法，吸波体单元包括介质基板，介质基板上设置有两个第一金属贴片和一个第二金属贴片，相邻金属贴片间留有间隙，两个第一金属贴片之间串联有变容二极管，位于中部的第一金属贴片和第二金属贴片之间串联有开关二极管，第二金属贴片和两个所述第一金属贴片分别通过高阻抗偏置线与直流电压源相连。贴片阵列将多个超表面吸波体单元呈矩阵排布，控制时控制开关二极管通断并调节变容二极管容值。

技术领域

本发明属于超表面吸波体，具体涉及一种超宽带可调超表面吸波体单元、贴片阵列及其控制方法。

背景技术

电磁超表面是一种新兴的人工电磁结构，通过微结构设计和特殊空间序构排列，能够突破常规材料的电磁特性，实现对电磁波幅度、相位和极化等性能的定制调控。

利用超表面的幅度调控特性，可以实现对雷达波的强吸收，进而减缩目标的雷达散射截面，实现目标对探测雷达的隐身。与经典涂覆型和传统结构型吸波材料相比，超表面吸波体具有剖面厚度低、重量轻、无表面损耗层、可用于辐射结构周围，且能够承受一定载荷等突出优点。因此，其在机身、天线等各类目标的雷达隐身领域据具有广泛用途。

2008年Landy等人首次设计了一种超表面完美吸波体，在很窄的频带内以接近100％的吸收率实现了对雷达波的吸收，自此，关于超表面吸波体的研究成果不断涌现，多频带、宽频带、不同频段的超表面吸波体相继出现。吸波带宽、吸波率和剖面厚度是超表面吸波体的三个关键因素，三者密切关联且互相制约，如何平衡三者之间的关系是设计高性能吸波体的难点。无源吸波体在提升吸波带宽方面卓有成效，但在低剖面结构下能够实现的工作带宽有限，且一旦加工完成，其工作性能也就随之固定。还有一些研究在结构中加载可调元器件，使吸波体的工作频段能够根据需要实现动态可调，因此，无需增加剖面高度即可实现宽带工作，并且在每个频点均能保证极高的吸波率，但实现的吸波宽带均较为有限。

发明内容

本发明为解决目前超表面吸波体中的无源吸波体在低剖面结构下能够实现的工作带宽有限，且一旦加工完成，其工作性能也就随之固定，而在结构中加载可调元器件，实现的吸波宽带均较为有限的技术问题，提供一种超宽带可调超表面吸波体单元、贴片阵列及控制方法，混合集成有源器件括宽吸波体工作宽带。

本发明的发明构思是，在单元结构中同时加载变容二极管和开关二极管，将工作频率的连续可调与离散搬移结合起来，利用组合工作的思想实现吸波频率的超宽带连续可调。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超宽带可调超表面吸波体单元，其特殊之处在于，包括介质基板；

所述介质基板的底面为完整的金属板，顶面上设置有金属贴片，金属贴片包括两个第一金属贴片和一个第二金属贴片；

所述第一金属贴片呈矩形，所述第二金属贴片呈梯形，两个所述第一金属贴片和一个所述第二金属贴片依次沿介质基板的中线设置，相邻金属贴片间留有间隙，其中，位于外侧一个第一金属贴片的长边与介质基板的一个侧边对齐，第二金属贴片的下底与介质基板的另一个侧边对齐；

两个所述第一金属贴片之间串联有变容二极管，位于中部的第一金属贴片和第二金属贴片之间串联有开关二极管；

位于外侧的所述第一金属贴片通过高阻抗偏置线与直流电压源的一个正极相连，位于中部的所述第一金属贴片通过高阻抗偏置线与直流电压源的负极相连，所述第二金属贴片通过高阻抗偏置线直流电压源的另一个正极相连。

进一步地，所述介质基板采用FR4板材，相对介电常数为4.4。

进一步地，所述介质基板的损耗角正切为0.02；