[发明专利]一种宽角域稳定的可调频双极化频率选择表面单元及选择表面

说明书

本发明一种宽角域稳定的可调频双极化频率选择表面单元，包括介质层、提供变容二极管馈电网络的顶层和底层；紧贴介质层、设置在介质层上方的顶层；紧贴介质层、设置在介质层下方的底层；介质层中心设置有金属过孔；顶层包括第一金属贴片和变容二极管组；底层包括第二金属贴片；第一金属贴片的中心点通过金属过孔与第二金属贴片的中心点相连接；变容二极管组分别与第一金属贴片、第二金属贴片相连接；采用馈电网络与FSS单元的一体化结构设计方法，提出了一个低剖面、极化不敏感、高角度稳定性的可调频FSS。该结构可以在TE和TM极化的入射角由0°变化到70°时保持稳定的传输响应，实验结果与仿真结果具有较好的一致性。

技术领域

本发明属于全自动化产品领域，涉及一种宽角域稳定的可调频双极化频率选择表面单元及选择表面。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是由贴片或孔径单元周期排列而成的无限大阵列，起到空间滤波器的作用。由于优秀的滤波性能，已广泛应用于吸波器、雷达隐身、通信和电磁兼容等领域。

近年来随着多功能、多标准通信系统的日益发展，研究具有可调频功能的FSS成为热点。根据调控方式的不同，可调频FSS可分为机械调控、磁调控、微机调控和电压调控型。其中，机械调控和磁调控的FSS具有调节速度慢、调频范围窄等缺点；微机调控的FSS需要复杂的制作方法。而电压调控通常是在FSS中加入PIN管或变容二极管等有源元件，通过调节其偏置电压，实现频率特性的可调节功能。这种电压调控型的FSS具有制备简单、成本低和响应速度快等优点，被广泛应用于多功能、多标准通信系统中。但是，这种含有源元件的可调控FSS需要设置馈电网络，而馈电网络的引入将会影响初始FSS的电磁性能。另一方面，目前设计的可调控FSS测试结果表明，在角度稳定性方面上述FSS表现差强人意——在同一偏置电压下，FSS的谐振频率随入射波角度变化不稳定，这将会制约可调频FSS在共形雷达天线罩以及其它结构上的应用。因此，需开展进一步的研究，以获得具有高角度稳定性的可调频FSS。

与无源FSS相比，可调频FSS角度稳定性的分析难度更高。原因在于无源FSS一旦制作完成，其传输响应是固定的；而可调频FSS的传输响应会随着变容二极管偏置电压的变化而变化。而对于同一偏置电压下，可调频FSS的谐振频率和插入损耗会随着入射角度和极化方式的变化而变化。其中插入损耗是由于变容二极管较大的结电容以及内部不可忽略的寄生电阻引起的。因此，需考虑不同偏置电压下，入射角度和极化方式对可调频FSS谐振频率的偏移量以及相应插入损耗的影响。

目前，具有高角度稳定性的可调频FSS主要采用3D结构或多层结构。南洋理工大学沈忠翔教授提出了3D带通可调FSS，角度稳定性为60°，但是该结构为极化敏感结构；接着又提出了基于三层结构级联的双极化二阶可调频FSS，仿真结果表明该结构在0°-60°入射角时可产生稳定的响应，但未提供实验验证。而且采用3D结构或多层结构构成的可调频FSS引入的制造误差较多，且剖面较高，难以用于天线罩等共形结构中。

因此，针对目前可调频FSS存在的问题包括：一方面馈电网络的引入影响初始FSS的电磁性能；另一方面，可调控FSS结构剖面较厚、角度稳定性方面表现较差—随入射波角度和极化方式的变化而表现出不稳定的传输响应。

发明内容

为了解决附加的馈电网络对初始FSS结构的电磁特性带来不利影响的问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：采用馈电网络与FSS单元的一体化结构设计方法，一种宽角域稳定的可调频双极化频率选择表面单元，包括介质层、提供变容二极管馈电网络的顶层和底层；

紧贴介质层、设置在所述介质层上方的顶层；

紧贴介质层、设置在所述介质层下方的底层；

所述介质层中心设置有金属过孔；

所述顶层包括第一金属贴片和变容二极管组；

所述底层包括第二金属贴片；