[发明专利]一种透波窗口开关型液态金属ATFSS装置

说明书

本发明公开了一种透波窗口开关型液态金属ATFSS装置，包括若干阵列排布的ATFSS单元。ATFSS单元包括阻抗表面层和带通FSS层。阻抗表面层包括第一介质基板以及其上设置的方环形金属贴片，方环形金属贴片各边中点到3/4处向内弯折。带通FSS层包括双层第二介质基板，两第二介质基板在相对面设置了圆形金属缝隙，两第二介质基板间通过方形介质立柱连接为一体，这样，在加载液态金属时，圆形金属缝隙失效，透波腔变为方形介质立柱的孔径。本发明制作成本较低，可以很容易地实现透波窗口的打开与关闭，并能在性能切换的同时，保持吸波频带良好的吸波性能。并且，本发明装置具有较宽的吸波频带和透波频带，且具有良好的散热性能。

技术领域

本发明涉及频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)结构设计，尤其是一种透波窗口开关型液态金属ATFSS装置。

背景技术

频率选择表面是一种由谐振单元按二维周期性排列构成的单层/多层平面/立体结构，它对电磁波具有频率选择特性，在飞行器雷达隐身领域中有着广阔的应用，常作为雷达天线的天线罩。

现有技术中的频率选择表面大致有以下几种应用：

1、电性能可重构频率选择表面，其最初由Lee于1972年提出，设计了一种加载放大器的有源波纹状FSS结构，可以控制反射波的相位及其功率增益。目前实现电性能可重构FSS的主要方式有三种，如下所述。

其中一种是对频选结构使用有源器件，包括PIN二极管、变容二极管和MEMS开关等，通过调整其工况使得FSS的电性能可调。对于加载PIN二极管的形式，1993年，英国肯特大学教授Parker提出一款把PIN二极管置于偶极子及方环结构内部的频选单元，调节PIN二极管的偏置电压，使得FSS的滤波特性可切换。

第二种是采取可变属性的介质基板材料，包括铁氧体、石墨烯、液晶材料等，利用施加偏置磁场等方法调节其磁导率等属性，从而实现FSS的电性能可重构。基于铁氧体材料，1994年，Parker等人又通过外部直流偏置磁场控制铁氧体介质基底材料的磁导率大小，实现了FSS的连续可调谐特性。

使用层间级联方式可变的多层FSS也可以实现电性能的可重构，如利用机械调整等方法，通过改变级联层间的耦合方式和强度，从而使FSS的整体电性能可调。针对机械调整的方式，张文轩、章文勋团队都分别设计了一种机械可调双层FSS，通过平移FSS的每层结构，实现谐振频率在X波段、1.9-3.2GHz内可调。

2、吸波/透波一体频率选择表面(Absorptive/Transmissive FrequencySelective Surface，ATFSS)，即为一种具有带内透波和带外吸波特性的周期结构。ATFSS的概念最初由Arceneaux等人于1995年提出，指出将有耗的一层介质放置在FSS结构上，可实现特定频段入射电磁波的吸收。2012年，一种兼具低频透波和高频吸波的ATFSS才首次被提出，Costa将一个工作在低频的带通FSS和一个高阻抗表面进行组合，该ATFSS于透波中心频率的插入损耗仅为-0.3dB，S₁₁值低于-15dB的吸波频带为10-18GHz。

吸波/透波一体频率选择表面根据其透波频带所在位置可以分为三种类型：(1)低频透波/高频吸波；(2)低频吸波/高频透波；(3)中频透波/两边吸波。