一种带通跳变有源频率选择表面的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种带通跳变有源频率选择表面，呈紧贴的层状结构，前端为第二保护层，依次往后为第一层频率选择表面、第一保护层、第二层频率选择表面和第三保护层；第一层频率选择表面和第二层频率选择表面相互平行且表面附有介质衬底，频率选择表面以平行于较短边的中轴线对称光腐蚀六条镂空通道，且通道一、三、四、六平行于频率选择表面较长边，通道二、五平行于频率选择表面较短边，通道一、二、三相连，通道四、五、六相连，镂空通道内至少设置两组以平行于较短边的中轴线对称的有源开关。本发明通过有源开关的导通和断开，可以实现透波频段的跳变，不仅对于透波频段以外的频率具有非常好的衰减效果而且适用角度范围更大。
【专利说明】一种带通跳变有源频率选择表面
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波滤波领域，特别是一种带通跳变式有源频率选择表面。
【背景技术】
[0002]频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)是一种对入射的电磁波具有选频特性的二维周期性阵列结构，该阵列结构是由大量的无源谐振单元周期性排列组成。频率选择表面对谐振频率处的入射电磁波表现出全反射或全透射的选频特性，从本质上看，频率选择表面是一种特殊的空间滤波器。
[0003]频率选择表面在现代诸多技术中都具有很多重要的应用，具有代表性的就是频率选择表面在隐身技术中的应用。在现代三大军事技术中，隐身技术可谓是举世瞩目的重大军事技术。自从上世纪60年代以来，频率选择表面在雷达隐身技术中表现出了优异性能，使之一直倍受各国的高度重视。随着频率选择表面技术的发展，越来越多的单元结构被学者研究出来，实现了各种优异的隐身性能。但是现有的频率选择表面为无源频率选择表面，这种结构的谐振频率、工作带宽、稳定性等在加工完成后均无法改变，因而在复杂多变的电磁环境中无法快速适应外部电磁环境的变化而降低了其发挥的作用。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术所存在的问题，本发明目提供一种通跳变式有源频率选择表面。
[0005]实现本发明目的的技术方案是:一种带通跳变有源频率选择表面，呈紧贴的层状结构，前端为第二保护层，依次往后为第一层频率选择表面、第一保护层、第二层频率选择表面和第三保护层；所述的第一层频率选择表面和第二层频率选择表面相互平行，且双面依次镀制有金属电介质层和介质衬底；第一层频率选择表面上按照平行于较短边的中轴线对称光腐蚀六条镂空通道，其中通道一和通道六不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面的较长边、通道二和通道五对称分布且平行于第一层频率选择表面的较短边，通道三和通道四不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面的较长边，所述的通道一、通道二和通道三相连通，所述的通道四、通道五和通道六相连通；第二层频率选择表面的尺寸和结构与第一层频率选择表面相同；第一层频率选择表面的镂空通道内至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，每一组悬梁壁式MEMS开关包含两个关于平行于较短边的中轴线对称设置的悬梁壁式MEMS开关，第一层频率选择表面上设置馈电网络与悬梁壁式MEMS开关连接；第二层频率选择表面的镂空通道至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，且每一组悬梁壁式MEMS开关的位置与第一层频率选择表面上的悬梁壁式MEMS开关的位置相对应。
[0006]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:(I)通过悬梁壁式MEMS开关的导通和断开，实现透波频段的跳变；(2)采用了两层频率选择表面和较小的单元间距，对于透波频段以外的频率具有非常好的衰减效果；(3)通带平坦度好、适用角度范围大、损耗小、稳定性高；(4)加工相对简单，可广泛适用于雷达系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是一种带通跳变式有源频率选择表面构示意图。
[0008]图2是一种带通跳变式有源频率选择表面的悬臂梁式MEMS开关加载方式示意图。
[0009]图3是一种带通跳变式有源频率选择表面三组开关断开时透波性能曲线。
[0010]图4是一种带通跳变式有源频率选择表面仅第I组开关导通时透波性能曲线。
[0011]图5是一种带通跳变式有源频率选择表面仅第2组开关导通时透波性能曲线。
[0012]图6是一种带通跳变式有源频率选择表面仅第3组开关导通时透波性能曲线。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0014]一种带通跳变有源频率选择表面，呈紧贴的层状结构，前端为第二保护层2，依次往后为第一层频率选择表面4、第一保护层1、第二层频率选择表面5和第三保护层3 ;所述的第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5相互平行，且双面附有介质衬底；所述的第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5的尺寸和结构完全一样，进一步说，第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5上的镂空通道的尺寸和在频率选择表面上的位置完全一样。在实际操作中，两层频率选择表面比一层起到滤波的作用更明显，若设置两层以上频率选择表面，滤波特性显著降低。
[0015]第一层频率选择表面4上光腐蚀六条镂空通道，其中每两条镂空通道按照平行于较短边的中轴线对称，其中通道一、通道二和通道三相连通，通道四、通道五和通道六相连通，通道一和通道六不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面4的较长边、通道二和通道五对称分布且平行于第一层频率选择表面4的较短边，通道三和通道四不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面4的较长边；
第二层频率选择表面5上也光腐蚀六条镂空通道，其中每两条镂空通道按照平行于较短边的中轴线对称，其中通道七和通道十二不相连且对称分布并平行于第二层频率选择表面5的较长边、通道八和通道十一对称分布且平行于第二层频率选择表面5的较短边，通道九和通道十不相连且对称分布并平行于二层频率选择表面5的较长边，所述的通道七、通道八和通道九相连通，所述的通道十、通道十一和通道十二相连通；
为了实现通带跳变的功能，第一层频率选择表面4的镂空通道内至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，当一组开关导通时完成一次频段的选择，当导通其余开关时，可以瞬间实现通带跳变，进而透波频段发生改变。每一组悬梁壁式MEMS开关包含两个关于平行于较短边的中轴线对称设置的悬梁壁式MEMS开关，第一层频率选择表面4上设置数量与悬梁壁式MEMS开关组数相同的馈电网络分别与悬梁壁式MEMS开关连接馈电；第二层频率选择表面5的镂空通道至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，且每一组悬梁壁式MEMS开关的位置与第一层频率选择表面4上的悬梁壁式MEMS开关的位置相对应，即第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5上的悬梁壁式MEMS开关在频率选择表面上的位置完全一样。第一保护层1，第二保护层2和第三保护层3均由泡沫填充。
[0016]结合图2，在频率选择表面上设置馈电网络与悬梁壁式MEMS开关连接，起到馈电作用。该馈电网络由馈电线7、连接馈电线和悬梁壁式MEMS开关的金丝跳线8，以及连接悬梁壁式MEMS开关的地线9组成，馈电线7由金、银等导电金属制成，馈电网络为悬梁壁式MEMS开关馈电。
[0017]本发明的工作原理在于:频率选择表面上设置悬梁壁式MEMS开关后，改变了频率选择表面的具体图案，从而使电磁波表现出不同的滤波特性，根据悬梁壁式MEMS开关设置的位置可以满足频率选择表面对不同频率波段的选择，而开关的数量可以实现当导通每一组开关时均会发生透波频段的跳变现象。具体地，在频率选择表面上设置若干组悬梁壁式MEMS开关，第一组开关的通断可以实现两组状态；当第二组开关打开后，频率选择表面的图案发生改变，其通带特性使得第一组开关失效，即无论第一组开关处于何种状态其均不再影响频选特性；同理，在第三组开关导通后，第一组和第二组开关也将失效；以后每导通一组开关后，其前面导通的开关不再影响频选特性。
[0018]具体的，本发明选取X波段的有源频率选择表面作为实例进行描述，应理解，对于其他波段，有源频率选择表面的工作原理相同，只是频率选择表面尺寸、通道宽度、悬梁壁式MEMS开关的位置和个数可以根据频段要求进行改变。
[0019]结合图1，整个装置厚度为24.834_，其中第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5的长宽分别为5.1mm和4.5mm,厚度为0.29mm,镂空通道宽度为0.5mm,距离选择表面边缘均为0.35_，第一层频率选择表面4和第二层频率选择表面5的镂空通道上分别设置三组悬梁壁式MEMS开关；第一组悬梁壁式MEMS开关6_1设置于通道一和通道六内靠近平行于第一层频率选择表面4较短边的中轴线的位置处，具体为第一组悬梁壁式MEMS开关中每一个开关距离轴线均为0.9mm ;第二组悬梁壁式MEMS开关6_2设置于通道一和通道六内远离平行于第一层频率选择表面4较短边的中轴线的位置处，具体为第二组悬梁壁式MEMS开关中每一个开关距离轴线均为1.4mm ;第三组悬梁壁式MEMS开关6_3设置于通道三和通道四内，具体为第三组悬梁壁式MEMS开关中每一个开关距离轴线均为0.4mm ;第四组开关设置在第二层频率选择表面5的镂空通道内且与第一组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应，第五组开关设置在第二层频率选择表面5的镂空通道内且与第二组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应，第六组开关设置在第二层频率选择表面5的镂空通道内且与第三组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应。
[0020]将介质衬底的厚度制作为0.127mm ;第一保护层I的厚度为2?12臟，且介电常数为
1.5，第二保护层2和第三保护层3的厚度为8?20mm，且介电常数为1.25。
[0021]如图3所示，当第一层频率选择表面4上的三组悬梁壁式MEMS开关和第二层频率选择表面5上的三组悬梁壁式MEMS开关都断开时，带通跳变有源频率选择表面的透波频段为为8-9GHZ，其中横坐标表示频率，纵坐标表示单位分贝(dB)，Sll为驻波曲线、S22为衰减曲线，其中8-9GHZ以外的频率衰减的非常快；如图4所示，当第一层频率选择表面4上的第一组悬梁壁式MEMS开关和第二层频率选择表面5上的第四组悬梁壁式MEMS开关导通，其他悬梁壁式MEMS开关断开时，透波频段跳变为9-lOGHz ;如图5所示，当第一层频率选择表面4上的第二组悬梁壁式MEMS开关和第二层频率选择表面5上的第五组悬梁壁式MEMS开关导通，透波频段跳变为1-1lGHz ;如图6所示，当第一层频率选择表面4上的第三组悬梁壁式MEMS开关和第二层频率选择表面5上的第六组悬梁壁式MEMS开关导通，透波频段跳变为11-12GHZ。因此，通过控制悬梁壁式MEMS开关的导通或断开，带通跳变有源频率选择表面可以实现滤波的功能。
【权利要求】
1.一种带通跳变有源频率选择表面，呈紧贴的层状结构，前端为第二保护层(2)，依次往后为第一层频率选择表面(4)、第一保护层(I)、第二层频率选择表面(5)和第三保护层(3);所述的第一层频率选择表面(4)和第二层频率选择表面(5)相互平行，且表面附有介质衬底；第一层频率选择表面(4)上按照平行于较短边的中轴线对称光腐蚀六条宽度相同的镂空通道，其中通道一、通道二和通道三相连通，所述的通道四、通道五和通道六相连通，所述的通道一和通道六不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面(4)的较长边、通道二和通道五对称分布且平行于第一层频率选择表面(4)的较短边，通道三和通道四不相连且对称分布并平行于第一层频率选择表面(4)的较长边，所述的通道一和通道三关于平行于较长边的中轴线对称，通道六和通道四关于平行于较长边的中轴线对称；第二层频率选择表面(5)的尺寸和结构与第一层频率选择表面(4)相同，其特征在于: 第一层频率选择表面(4)的镂空通道内至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，每一组悬梁壁式MEMS开关包含两个关于平行于较短边的中轴线对称设置的悬梁壁式MEMS开关，第一层频率选择表面(4)上设置馈电网络与悬梁壁式MEMS开关连接；第二层频率选择表面(5)的镂空通道至少设置两组悬梁壁式MEMS开关，且每一组悬梁壁式MEMS开关的位置与第一层频率选择表面(4)上的悬梁壁式MEMS开关的位置相对应；第一层频率选择表面(4)和第二层频率选择表面(5)上设置有馈电网络与悬梁壁式MEMS开关连接。
2.根据权利要求1所述的带通跳变有源频率选择表面，其特征在于:第一层频率选择表面(4)和第二层频率选择表面(5)的镂空通道上分别设置三组悬梁壁式MEMS开关； 第一组悬梁壁式MEMS开关设置于通道一和通道六内靠近平行于第一层频率选择表面(4)较短边的中轴线的位置处，第二组悬梁壁式MEMS开关设置于通道一和通道六内远离平行于第一层频率选择表面(4)较短边的中轴线的位置处，第三组悬梁壁式MEMS开关设置于通道三和通道四内；第四组开关设置在第二层频率选择表面(5)的镂空通道内且与第一组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应，第五组开关设置在第二层频率选择表面(5)的镂空通道内且与第二组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应，第六组开关设置在第二层频率选择表面(5)的镂空通道内且与第三组悬梁壁式MEMS开关的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的带通跳变有源频率选择表面，其特征在于:介质衬底为胶，其厚度为0.127mm。
4.根据权利要求1所述的带通跳变有源频率选择表面，其特征在于:第一保护层(I)第二保护层(2)和第三保护层(3)均由泡沫填充，第一保护层(I)的厚度为2?12mm，且介电常数为1.5，第二保护层(2)和第三保护层(3)的厚度为8?20mm，且介电常数为1.25。
【文档编号】H01P1/20GK104051825SQ201410251547
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】邓良, 朱丹, 罗鸣, 陈湘治, 戴永胜, 杨茂雅, 周围, 周衍芳, 张超, 潘航, 李永帅, 许心影 申请人:南京理工大学