本发明属于微波技术领域，具体涉及一种基于雷达罩的双通带/宽阻带可重构频率选择表面，可应用于飞行器、巡航舰上雷达系统的雷达罩设计。
背景技术：
频率选择表面是一种可用于空间滤波的二维周期平面结构，有贴片与孔径两种形式。当电磁波入射到表面时，贴片型频率选择对特定频率的电磁波呈现全反射特性，孔径型频率选择表面对特定频率的电磁波呈现全透射特性。因其独特的滤波作用，近些年频率选择表面被广泛应用于卫星通信、电磁兼容等多个方面。
雷达系统需要在保证雷达天线正常工作的同时，降低外界来波对雷达的电磁干扰。利用频率选择表面的滤波特性制成雷达罩，雷达天线发射或接收的电磁波透射不受影响，因此，雷达在频率选择表面的通带内正常工作，雷达工作频带之外的外来电磁波无法透射，使被反射到空间内各个方向，从而保证雷达中的其他电子设备正常工作；由于频率选择表面在单元结构确定之后，其谐振频率、谐振带宽等谐振特性也随之确定，当雷达不工作时，频率选择表面通带范围内的外来电磁波仍可以透射，对电子设备产生电磁干扰。
为了克服上述技术问题，随之提出了可重构频率选择表面的概念，可重构频率选择表面通常在单元内加载有源元件从而实现谐振频率可调节，通过将谐振通带在雷达不工作时，移出雷达的工作频段，但移出雷达工作频段的谐振通带内仍可以透射电磁波，对电子设备产生电磁干扰，影响雷达系统的正常工作。
如厦门大学提出了一种名称为“单元间强耦合超宽可调范围有源频率选择表面”的专利申请(申请号为201410152972.2，申请公布号为cn103904388a)，该申请专利公开了一种利用单元间强耦合实现整个结构谐振频率超宽范围内移动的频率选择表面。该结构设有介质板、金属层、变容二极管和电感，金属层、变容二极管和电感设在介质板正面，金属层为竖直条状金属，在竖直条状金属层水平方向上加载两根长短不等的水平条带金属层，竖直条带金属层与两根长短不等的水平条带金属层二者之间的间距为两根长短不等的水平条带金属层中长条状金属层的一半，两根长短不等的水平条状金属层用变容二极管连接，竖直条状金属层由电感连接，竖直条状金属层与水平条状金属层无缝隙连接。通过调节加载变容二极管的电容值实现在范围为1.8～4.5ghz谐振频率可调，但是当谐振频带在上述范围内移动时，电子设备始终受到该谐振频带范围内外来电磁波的电磁干扰；而且由于谐振频段较低，导致该有源频率选择表面单元尺寸大，不利于实际应用。
如南京理工大学提出了一种名称为“一种带通跳变有源频率选择表面”的专利发明(申请号为201410251547.9，申请公布号为cn104051825a)，该申请专利公开了一种通过有源开关的导通和断开实现透波频段跳变的有源频率选择表面。该结构呈紧贴层状，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平行于较短边的中轴线的有源开关。通过馈电网络控制多组有源开关可实现通带在8～12ghz范围内的四种跳变，但是该谐振通带的存在无法实现8～12ghz范围内的全频带抗电磁干扰。
总而言之，现有技术中谐振频率可调节的有源频率选择表面，并不能满足宽频带抗干扰技术的需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种基于雷达罩的双通带/宽阻带可重构频率选择表面，可使雷达天线工作于两个频段，或者雷达不工作时宽阻带内，实现在全频带内的抗外界电磁干扰，用于解决现有技术中有源频率选择表面不能满足宽频带抗干扰技术的需求。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于雷达罩的双通带/宽阻带可重构频率选择表面，包括m×n个周期排列的二维谐振单元，其中m≥3，n≥3，每个谐振单元包括自上而下依次层叠设置的第一介质基板、泡沫夹层和第二介质基板，所述第一介质基板的上表面印制有十字型金属贴片和四个结构相同的弯折金属贴片，所述十字型金属贴片位于第一介质基板的中心位置，且该十字型金属贴片的一个端点与弯折金属贴片的一个端点相连接，所述弯折金属贴片，由l型金属贴片和u型金属贴片组成，其中，l型金属贴片的一个端点与十字型金属贴片的端点相连接，另一端与u型金属贴片端点相连接；
所述第二介质基板上表面与第一介质基板相对的位置上设置有十字型条带孔径和弯折条带孔径，所述弯折条带孔径，由一个l型条带孔径和一个u型条带孔径组成，其中，l型条带孔径的一个端点与十字型条带孔径的端点相连接，另一端与u型条带孔径端点相连接，该十字型条带孔径和弯折条带孔径与第一介质基板上的十字型金属贴片和弯折金属贴片结构互补，用以实现与十字型金属贴片和弯折金属贴片的耦合；
所述第一介质基板四周的边缘处设置有四个相同的二极管开关，且与每个二极管开关相邻的十字型金属贴片的端点相连接；
所述泡沫夹层固定在第一介质基板和第二介质基板之间，用于调整十字型金属贴片和弯折金属贴片与条带孔径之间的耦合度；
所述十字型金属贴片和所述弯折金属贴片，关于第一介质基板和第二介质基板的法线呈90°旋转对称分布。
所述第一介质基板与第二介质基板，采用正方形结构，其厚度h1＝0.8～1mm，边长d＝15.3～17.9mm，介电常数为2.2。
所述泡沫夹层，采用长方体结构，其高度h2＝17～19mm，介电常数为1.1。
所述十字型金属贴片和弯折金属贴片的宽度为w1，其中w1＝1.1～1.3mm，其间距为s1，其中s1＝1.1～1.3mm。
所述十字型条带孔径和弯折条带孔径的宽度为w2，其中w2＝1～1.2mm，其间距为s2，其中s2＝1.2～1.4mm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明采用自上而下依次层叠设置的单元结构，将十字型金属贴片、弯折金属贴片和二极管开关构成的有源单元与十字型金属孔径和弯折金属孔径构成的无源单元相级联，实现了双频通带的带内平坦性与边缘陡降性，将双频阻带耦合成宽阻带，克服了现有技术中在雷达不工作时，宽频带内全频段无法阻挡外界电磁干扰的技术问题，使得本发明的可重构频率选择表面技术方案，能够满足双频通带透射或宽频带内的抗干扰。
2.本发明采用的十字型金属贴片和弯折金属贴片技术方案，通过设置弯折金属贴片的弯折结构延长十字型金属贴片的电流路径，克服了现有技术中有源频率选择表面单元尺寸大的技术问题，使得十字型金属贴片和弯折金属贴片的整体结构小型化，有效减小单元结构尺寸。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明单元的结构示意图；
图3为本发明第一介质基板上的有源谐振单元结构示意图；
图4为本发明第二介质基板上的无源谐振单元结构示意图；
图5为本发明不同入射角度照射下的仿真结果图；
图6为本发明不同极化波照射下的仿真结果图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
实施例1
参照图1和图2，一种基于雷达罩的双通带/宽阻带可重构频率选择表面，包括10×10个周期排列的二维谐振单元，所述每个谐振单元包括自上而下依次层叠设置的第一介质基板1、泡沫夹层2和第二介质基板3，所述第一介质基板1的上表面印制有十字型金属贴片11和四个结构相同的弯折金属贴片12，所述十字型金属贴片11位于第一介质基板1的中心位置，且该十字型金属贴片11的一个端点与弯折金属贴片12的一个端点相连接，所述弯折金属贴片12，由l型金属贴片121和u型金属贴片122组成，其中，l型金属贴片121的一个端点与十字型金属贴片11的端点相连接，另一端与u型金属贴片122端点相连接。
所述第二介质基板3上表面与第一介质基板1相对的位置上设置有十字型条带孔径31和弯折条带孔径32，所述弯折条带孔径32，由一个l型条带孔径321和一个u型条带孔径322组成，其中，l型条带孔径321的一个端点与十字型条带孔径31的端点相连接，另一端与u型条带孔径322端点相连接。
所述第一介质基板1四周的边缘处设置有四个相同的二极管开关13，且与每个二极管开关13相邻的十字型金属贴片11的端点相连接。
所述泡沫夹层2固定在第一介质基板1和第二介质基板3之间，采用长方体结构，其高度h2＝18mm，介电常数为1.1，用于调整十字型金属贴片11和弯折金属贴片12与十字型条带孔径31和弯折条带孔径32之间的耦合度。
所述第一介质基板1与第二介质基板3，采用正方形结构，其厚度h1＝1mm，边长d＝17.3mm，介电常数为2.2。
参照图3，所述十字型金属贴片11和所述弯折金属贴片12，关于第一介质基板1和第二介质基板3的法线呈90°旋转对称分布，其宽度w1＝1.3mm，间距s1＝1.2mm。
通过弯折金属贴片12中l型金属贴片121和u型金属贴片122的弯折结构延长电流路径，有效地减小单元尺寸，使得单元周期远小于工作波长；
参照图4，所述十字型条带孔径31和弯折条带孔径32的宽度w2＝1.2mm，其间距s2＝1.4mm。
该十字型条带孔径31和弯折条带孔径32与第一介质基板上的十字型金属贴片11和弯折金属贴片12结构互补，通过调节十字型条带孔径31和弯折条带孔径32的宽度和其间距，实现与十字型金属贴片11和弯折金属贴片12的耦合，产生带内特性良好的双频通带与宽阻带。
实施例2
本实施例的结构与实施例1相同，仅对如下参数作了调整：
第一介质基板与第二介质基板的厚度h1＝0.8mm，边长d＝17.3mm，介电常数为2.2；所述泡沫夹层的高度h2＝19mm；所述十字型金属贴片11和弯折金属贴片12的宽度w1＝1.2mm，其间距s1＝1.2mm；所述十字型条带孔径31和弯折条带孔径32的宽度w2＝1.1mm，其间距s2＝1.4mm。
实施例3
本实施例的结构与实施例1相同，仅对如下参数作了调整：
第一介质基板与第二介质基板的厚度h1＝0.9mm，边长d＝16.5mm，介电常数为2.2；所述泡沫夹层的高度h2＝20mm；所述十字型金属贴片11和弯折金属贴片12的宽度w1＝1.1mm，其间距s1＝1.3mm；所述十字型条带孔径31和弯折条带孔径32的宽度w2＝1.2mm，其间距s2＝1.3mm。
以下结合仿真试验，对本发明的技术效果作进一步说明：
1、仿真条件和内容：
利用商业仿真软件hfss_15.0对实施例1在不同角度入射波照射下的传输系数与不同角度极化波照射下的传输系数进行仿真计算进行仿真计算，结果如图5与图6所示。
2、仿真结果分析：
参照图5(a)，表示为实施例1中二极管开关导通时在0～40°的入射波照射下的传输系数图，通带中心频率为2.4ghz与5.98ghz，带宽分别为0.48ghz与1.57ghz，相对低频中心频率来说小型化程度达到0.138个波长。对于0～40°角度范围内的电磁波照射下通带的带内插损小于-3db且带内平坦，在低频传输通带边缘具有陡降特性，带外抑制性能良好。参照图5(b)，表示为图5(b)为实施例1中二极管开关导通时在0～45°的极化波照射下的传输系数图，在0～45°的不同极化电磁波照射下，极化稳定性良好。
参照图6(a)，表示为实施例1中二极管开关断开时在0～40°的入射波照射下的传输系数，阻带中心频率为4.3ghz，频带范围为1.95ghz～6.69ghz，阻带带宽为4.74ghz，相对带宽达到110％，在阻带频率范围内，对于0～40°角度范围内的电磁波照射下，斜入射稳定性良好。参照图6(b)，表示为实施例1中二极管开关断开时在0～45°的极化波照射下的传输系数，在0～45°的不同极化电磁波照射下，极化稳定性良好。
以上仿真说明本发明实现了双频通带与宽阻带之间的可重构，并具有良好的小型化程度、斜入射稳定性与极化角度稳定性。
以上描述仅是本发明的实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。