[发明专利]一种宽频、多频及变频天线覆层

说明书

本发明公开了一种宽频、多频及变频天线覆层，该覆层由加载PIN二极管及变容二极管的宽频域可调谐带通型频率选择表面构成，在介质板上表面印制有上金属贴片、下表面印制有下金属贴片，上金属贴片和下金属贴片上分别加载有PIN二极管和变容二极管；上金属贴片和下金属贴片的结构相互沿中心旋转90°分布；均包括十字形金属贴片、弯折金属条和窄金属条带；PIN二极管和变容二极管分别加载在十字形金属贴片和弯折金属条的缝隙中；通过控制PIN二极管通断并同时调节变容二极管的容值，实现谐振频点从较高频点到较低频点再到更低频点的大范围连续可调。解决了频率选择表面需设额外直流偏置线的难题，拓展了可调谐频域范围，提高天线隐身效果。

技术领域

本发明属于人工超材料技术领域，涉及一种宽带、多频及变频天线覆层，具体涉及一种加载PIN二极管及变容二极管的宽频域可调谐带通型频率选择表面。

背景技术

随着雷达天线由传统的窄带天线向宽带、多频及变频天线发展，对用作天线覆层的频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)的设计提出了新的挑战。传统的频率选择表面一旦加工完成，其滤波特性便无法改变，很难满足宽带、多频及变频天线覆层的应用需求，因而频率选择表面的可重构成为了研究热点之一。工作频带可通过外部激励控制而改变的可调谐带通型FSS是可重构FSS的一种，它可随着天线的工作状态的改变而主动调节自身的滤波特性，提高天线隐身效果。为了更好的适应宽带、多频及变频天线覆层的应用需求，可调谐带通型频率选择表面的可调频域带宽是研究人员比较关注的性能之一。

实现频率选择表面可调谐的方法主要可分为电控和机械控制。其中加载变容二极管的方法应用最为广泛，因为该方法具有反应速度较快、成本较低、结构简单和调谐范围宽的优点。反向偏置的变容二极管可等效为电容，通过改变其两端的电压值可以改变其等效电容值，从而改变FSS的谐振等效电容，最终可改变FSS的工作频点。

2015年5月，X.G.Huang等人在IEEE Transactions Antennas and Propagation期刊上发表了一篇名为《Tunable 3-D Bandpass Frequency-Selective Structure WithWide Tuning Range》的论文，该论文公开了一种基于变容二极管的3D可调谐带通型频率选择表面。文中提出的FSS由印制电路板的周期阵列和插入其中的金属板构成，构造了加载变容二极管的步进阻抗谐振器(SIR)，同时设计了偏置线来实现对变容二极管的直流偏置，仿真结果表明，调节变容二极管的容值从0.56pF到2.8pF变化，实现了1.4GHz-2.75GHz的65％的频率调谐范围。

2018年3月，Baoqin Lin等人在Radio Sicence期刊上发表了一篇名为《Varactor-Tunable Frequency Selective Surface With an Appropriate Embedded BiasNetwork》的论文，该论文公开了一种基于变容二极管的可调谐带通型频率选择表面。文中所提出的FSS单元由环形槽构成，四个变容二极管均匀加载在环形槽上，实现对谐振频率的调控，同时也设计了嵌入式的偏置网络对变容二极管进行直流偏置，仿真结构表明，通过将变容二极管的容值从1pF变化到0.1pF，可在2.73GHz-6.16GHz的77.2％频域范围内调节该FSS的谐振频率。

总之，现有的可应用于宽带、多频及变频天线覆层的可调谐带通型频率谐表面的可调谐频域的带宽仍然不够宽，且可调谐频域的带宽与变容二极管的容值变化范围有关。同时现有的基于变容二极管的可调谐带通型频率选择表面的设计过程中，往往很难避免需要设计额外的偏置线网络。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于PIN二极管和变容二极管的宽频域可调谐带通型频率选择表面，用以解决现有技术中存在的可调谐带通型频率选择表面的可调谐频域带宽较窄的问题，同时本发明提出的结构无需额外设计偏置线，可进一步提高可调谐带通型频率选择表面的实际应用价值。