一种宽带能量选择表面

本发明属于电磁场与微波，具体涉及一种宽带能量选择表面。

背景技术：

1、当前世界各国都在电子设备的电磁防护领域投入了大量的研究精力。其中，具有电磁防护功能的电磁材料是近年来研究人员关注的重点，也是当今面对电子干扰威胁最有效的防护和威慑的关键技术之一。不仅如此，在民用领域，随着个人信息电子化的趋势逐步加强，日益复杂的电磁污染和干扰都对个人隐私造成了极大的威胁，对特定频段电磁波的防护设计也成为了极具市场潜力的隐私保护手段之一。然而，当前的电磁材料设计往往只针对了低功率的隐身、频率选择等功能，在面对具有大功率的微波辐射时，电磁材料将会受到强大功率的冲击，电磁功能存在较大的局限性，甚至丧失其预设功能。因此，在众多研究人员的努力下，能量选择表面技术(energy selective surface,ess)应运而生。

2、然而，随着电磁环境复杂性的日益加剧，传统的ess防护已显得捉襟见肘。主要是因为在设计ess结构时，需要同时兼顾透波和防护两种工作模式，这使得设计出来的结构往往具有较窄的工作频带。因此，研究宽带ess有助于打开ess设计的瓶颈，拓宽ess的应用领域，推动电磁防护的研究进展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种宽带的能量选择表面，能够通过感知空间电磁场，从而自适应地调整自身电磁特性，具有较宽的工作频带。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种宽带能量选择表面(wess)，为双层结构，包括上层介质层和下层介质层，上、下层介质层通过空气间隙层隔开；所述介质层包括ptfe介质基板以及蚀刻于其上的金属单元，所述金属单元包括金属箭头和二极管，所述金属箭头首尾之间留有间隙，在间隙之间焊接所述二极管。

4、作为优选，所述金属箭头结构打印在ptfe介质基板上，所述二极管为肖特基势垒二极管。

5、作为优选，金属单元为对称单元，包括第一金属双箭头和第二金属双箭头，该金属单元上部分、下部分对称设置第一金属双箭头，中间部分设置第二金属双箭头；其中，第一金属双箭头的箭头垂直指向介质板内侧，双箭头的连接部贴近介质板边缘设置；第二金属双箭头的箭头垂直指向介质板的边缘，首尾分别通过所述二极管与上、下部分的第一金属双箭头连接。

6、作为优选，二极管为肖特基势垒二极管，当入射电磁波小于一定功率时，感应电压不足以使二极管导通，二极管等效为一个电容；当入射电磁波大于等于一定功率时，感应电压能够使二极管导通，二极管等效为电感电阻的串联。

7、作为优选，根据wess的工作频段，介质基底材料为rogers5880或ptfe，金属单元材料为铜或金或铝。

8、作为优选，所述金属箭头首尾的间隙距离不能超过二极管的封装尺寸，否则难以焊接。

9、本发明还公开了一种宽带能量选择表面的工作方法，当10v/m以下的低功率电磁波入射时，感应电压不足以使二极管导通，此时二极管等效为电容，整体宽带能量选择表面表现为宽带透波；当1000v/m高功率电磁波入射时，感应电压足以使二极管导通，此时二极管等效为电感和电阻的串联，整体结构表现为宽带屏蔽。

10、有益效果

11、1.本发明的wess具有空间电磁场自适应能力，与传统有源fss的防护相比，不需要馈电系统和外加偏置电路，实现了低功率透过，高功率反射的电磁防护效果。

12、2.本发明的wess采用双层结构，与一般能量选择表面(ess)相比，同时实现了低功率下的宽带透波和高功率下的宽带防护，并且透波时具有较低的插入损耗，防护频带也有较高的屏蔽效能，拓宽了工作频带，提高了防护效果。

技术特征：

1.一种宽带能量选择表面，其特征在于，所述宽带能量选择表面为双层结构，包括上层介质层和下层介质层，上、下层介质层通过空气间隙层隔开；所述介质层包括ptfe介质基板以及蚀刻于其上的金属单元，所述金属单元包括金属箭头和二极管，所述金属箭头首尾之间留有间隙，在间隙之间焊接所述二极管。

2.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面，其特征在于，所述金属单元为对称单元，包括第一金属双箭头和第二金属双箭头，该金属单元上部分、下部分对称设置第一金属双箭头，中间部分设置第二金属双箭头；其中，第一金属双箭头的箭头垂直指向介质板内侧，双箭头的连接部贴近介质板边缘设置；第二金属双箭头的箭头垂直指向介质板的边缘，首尾分别通过所述二极管与上、下部分的第一金属双箭头连接。

3.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面，其特征在于，所述二极管为肖特基势垒二极管。

4.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面，其特征在于，根据wess的工作频段，介质基底材料为rogers5880或ptfe，金属单元材料为铜或金或铝。

5.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面，其特征在于，所述金属箭头首尾的间隙距离小于等于二极管的封装尺寸。

6.根据权利要求1所述的宽带能量选择表面的工作方法，其特征在于，当10v/m以下的低功率电磁波入射时，感应电压不足以使二极管导通，此时二极管等效为电容，整体宽带能量选择表面表现为宽带透波；当1000v/m高功率电磁波入射时，感应电压足以使二极管导通，此时二极管等效为电感和电阻的串联，整体结构表现为宽带屏蔽。

技术总结
本发明公开了一种具有宽带特性的、能够通过感知空间电磁场强度从而自适应的调整自身电磁特性的一种新型电磁防护材料——宽带能量选择表面（Wideband Energy Selective Surface,WESS）。相比于传统的ESS，WESS具有更宽的防护频带和更高的屏蔽效能。本发明通过仿真方法、结构设计、仿真优化等步骤全面对WESS进行设计。在本设计中，采用了一款体积小、寄生电容小、反应灵敏的肖特基二极管，并提取了开关状态下的两种等效电路。以二极管的开关状态模拟入射电磁波的高低功率。然后分别将两种等效电路加载到设计的结构中，通过仿真优化得出两种状态下的频率响应，实现要求的宽防护频带和高屏蔽效能。

技术研发人员：王毅,汤磊,黄佳慧
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14