一种广角和偏振无关的雪花形FSS吸波器的制作方法

本发明属于电磁场与微波技术领域，特别涉及了一种fss吸波器。

背景技术：

超材料吸波器是一种结构性吸波体，由金属结构、介质基板以及金属地板组成的吸波单元构成，最早应用于军事领域，现已扩展到电磁兼容、电磁污染防护、通讯系统等多个应用领域，具有体积小、重量轻、价格低等优点，是材料研究领域的一个重要课题。频率选择表面(frequencyselectivesurface，fss)就是其中最常用的技术之一。fss是一种由介质基片上的导电阵列或孔径元件组成的周期阵列结构，在雷达天线罩、反射面天线、吸波材料等工程中取得了广泛的应用。

在大多数的研究分析中，fss都是默认为无限大平面周期性的结构。但是，实际上频率选择表面是有限的，甚至是曲面的，这就要求fss应有较高的角度稳定性与极化稳定性，从而使得fss吸波器的实际效果与仿真结果更为贴近，也使得fss吸波器能够在曲面与共形方面获得更为广泛的应用。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种广角和偏振无关的雪花形fss吸波器，提高了吸波器的极化稳定性与角度稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种广角和偏振无关的雪花形fss吸波器，所述雪花形fss吸波器包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形fss单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形fss单元包含6条“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形fss单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；每条雪花枝节顶端的两条分叉枝干的夹角为60°；相邻两条雪花枝节在中心点处的夹角为60°。

基于上述技术方案的优选方案，所述介质基板的材质为聚四氟乙烯。

基于上述技术方案的优选方案，所述介质基板的厚度为0.5mm。

基于上述技术方案的优选方案，所述金属地板的材质为铜。

基于上述技术方案的优选方案，所述金属地板的厚度为0.01mm。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明设计的雪花形结构，针对不同的极化角phi，吸收曲线几乎完全重合，具有极高的极化稳定性，体现了“偏振无关”。并且，在te与tm模式下，斜入射角theta从0°逐渐增加到80°时，fss吸波器工作频率偏移程度小，工作频率对应的吸波率始终维持在80％以上，实现了良好的角度稳定性，体现了“广角”。此外，介质基板采用柔性材料聚四氟乙烯)，使得该吸波器具有较好的弯曲与共形能力。

附图说明

图1是本发明的顶视图；

图2是本发明的细节图；

图3是本发明的侧视图；

图4是本发明吸波器的反射系数s11与吸波率示意图；

图5是本发明吸波器随phi角改变的反射系数s11的变化图；

图6是本发明吸波器随theta角改变的反射系数s11的变化图(te模式)；

图7是本发明吸波器随theta角改变的反射系数s11的变化图(tm模式)。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明设计了一种广角和偏振无关的雪花形fss吸波器，如图1-3所示，包含介质基板、设置在介质基板上表面的雪花形fss单元以及设置在介质基板下表面的金属地板；所述雪花形fss单元包含6条近似“￥”形的雪花枝节，这6条雪花枝节的形状和大小相同；每条雪花枝节的顶部为两条分叉的枝干，这两条枝干的下端连接一条直线形主干，该直线形主干延伸至雪花形fss单元的中心点，从而使6条雪花枝节通过各自的直线形主干相连于该中心点；每条雪花枝节还包含两条与其直线形主干垂直相交的横枝，这两条横枝的长度和宽度相同；每条雪花枝节顶端的两条分叉枝干的夹角为60°；相邻两条雪花枝节在中心点处的夹角为60°。

在本实施例中，假设所设计的fss吸波器水平放置(与xoy平面平行)，均匀平面波由z轴的正方向向z轴的负方向垂直入射，仿真频率为12-22ghz。图4为当phi与theta均为0时，吸波器的反射系数s11与吸波率a(w)的结果图，该结果可作为后续实验的对照组进行分析。

设计以柔性材料聚四氟乙烯(ptfe)为介质基板的雪花形fss吸波器时，工作频率为19.10ghz的fss结构时：

首先，改变极化角phi的值得到反射系数s11，如图5所示；以及吸波率a(w)的值如表1所示。

表1

其次，在te与tm模式下，分别改变斜入射角theta的值得到反射系数s11如图6、7所示；以及吸波率a(w)的值，如表2所示。

表2

最后，对全波仿真软件cst计算所得的s参数进行比较验证。

在本实施例中，如图1-3所示，x与y方向上的单元周期d＝6mm，直线形主干长度l1/2＝2.0mm，主干宽度w1＝0.3mm，主干夹角θ1＝60°，顶部分叉枝干长度l2＝0.3mm，枝干宽度w2＝0.2mm，枝干夹角θ2＝60°，横枝长度l3＝l4＝1.0mm，横枝宽度w3＝w4＝0.2mm，横枝与中心点的距离分别为l5＝1.6mm、l6＝1.2mm，以柔性材料聚四氟乙烯(ptfe)作为介质基板，其介电常数为ε＝2.1，损耗角正切值为2×10^-4，介质基板厚度t＝0.5mm，介质底层接地板金属铜的厚度为0.01mm。

将极化角phi的值改变在0-90°的范围内并比较反射系数s11的变化，具体偏移如图5所示。初始共振吸收频率为19.10ghz。当phi的值从15°变为60°时，共振吸收频率转移到19.07ghz，18.92ghz，18.96ghz和18.95ghz。在phi＝30°时，共振吸收频率的偏移最大，为0.18ghz。

图6和图7显示了在theta的不同值下初始结构的仿真结果。对于tm模式来说，当theta＝20°时，谐振吸收频率略微偏移到19.00ghz。当theta的值为40°，60°和80°时，共振吸收频率分别平滑地移动到18.99hz，18.95ghz和18.91ghz。在theta＝80°时观察到最大0.19ghz的偏移，而反射系数s11总是保持超过80％的吸收。对于te模式来说，当theta的值分别为20°，40°，60°和80°时，共振吸收频率平滑地移动到19.04ghz，19.12hz，19.15ghz和19.36ghz。当theta＝80°时，偏移最大，为0.27ghz，谐振吸收频率接近初始谐振吸收频率。同时，s11仍然保持80％以上的吸收率。

实验证明，在te与tm模式下，平面波的斜入射角theta从0°逐渐增加到80°时，fss吸波器工作频率对应的吸波率始终维持在80％以上且不同的极化角phi的工作频率偏移值始终远小于0.3ghz，吸收曲线几乎完全重合。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。