[发明专利]一种C波段有源人工电磁表面

说明书

本发明公开了一种C波段有源人工电磁表面，由缝隙型人工电磁表面、有源元件与馈电网络组成，其中有源元件由PIN二极管和高频恒值电容串联而成。所述缝隙型人工电磁表面包括在介质基板上表面加工的方环缝隙结构，以及介质基板内部的金属通孔。所述金属通孔连接介质基板背面的直流馈电线，所有馈电线组成馈电网络。所述介质基板下表面的馈电网络分为正、负两部分，分别连接PIN二极管的负极和正极，通过对PIN二极管施加偏置电压，改变工作状态，实现人工电磁表面“开”、“关”两种状态。本发明可应用于天线罩与雷达系统共同工作，当雷达工作时，器件工作在“开”状态，保障雷达正常工作；当雷达静默时，器件切换到“关”状态，实现带内隐身。

技术领域

本发明涉及一种C波段的有源人工电磁表面，属于新型人工电磁器件领域。

背景技术

本发明中的新型人工电磁材料(Metamaterials)是电磁学中新兴的研究领域，其基础是等效媒质理论，由一系列人工设计的单元在亚波长尺度上按照一定规律排列构成。通过精心设计单元结构和尺寸大小，可以得到所需要的等效介电常数和磁导率。经过十多年的发展，新型人工电磁材料得到了长足的发展，在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用。近些年来，随着有源人工电磁表面的提出，为传统的人工电磁表面天线罩给出了进一步的性能补充。传统的人工电磁表面一旦设计完成，其透射和反射特性就固定了下来。有源人工电磁表面在传统人工电磁表面的基础上加入有源电路元件(如PIN二极管，变容二极管，MEMS等)，通过自由调控偏压来改变人工电磁表面的频率选择特性。当雷达工作时，使有源人工电磁表面工作在带通状态，保障雷达的正常工作，当雷达静默时，将人工电磁表面切换到带阻状态，实现带内隐身。这就解决了传统天线罩无法实现带内隐身的问题，提高了雷达在未来战争中的适应性，同时通过微调有源元件的参数也可以修正制造过程中物理尺寸的偏差。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种工作在C波段的有源人工电磁表面，通过改变馈电电路的偏置电压，来实现人工电磁表面“开”、“关”两种工作状态。这种器件可作为天线罩与雷达系统共同工作，当雷达工作时，使有源人工电磁表面工作在带通状态，保障雷达的正常工作；当雷达静默时，将人工电磁表面切换到带阻状态，实现带内隐身。有源人工电磁表面由缝隙型人工电磁表面、有源元件与馈电网络组成，具有易于加工、使用简单、成本低、重量轻，灵活性高等特点，可用于雷达罩，智能器件等方面，具有很高的实用价值。

技术方案：为解决实现上述目的，本发明在无源单元，即缝隙型人工电磁表面基础上加入有源元件(PIN二极管和高频恒值电容)。通过改变PIN二极管的偏置电压，改变器件的频率选择特性，继而实现有源人工电磁表面的开关调控。

本发明的C波段有源人工电磁表面，包括缝隙型人工电磁表面、设置在所述缝隙型人工电磁表面上的有源元件和馈电网络，所述缝隙型人工电磁表面包括介质基板、在所述介质基板上表面加工并阵列排布的电磁表面单元，所述电磁表面单元包括方形金属片、围绕所述方形金属片设置的方形金属环，所述馈电网络包括设置在方形金属片和方形金属环之间的矩形金属片、贯穿介质基板的金属通孔、设置在介质基板下表面并与金属通孔连接的第一直流馈电线和第二直流馈电线，所述有源元件包括连接方形金属环与矩形金属片的高频恒值电容、连接方形金属片与矩形金属片的PIN二极管。

进一步的，本发明中，所述电磁表面单元中包括两个平行排列的第一直流馈电线和平行排列在所述两个第一直流馈电线之间的一个第二直流馈电线，介质基板下表面上所有第一直流馈电线均平行排列并连接在介质基板下表面设置的第一馈电端口A 上，介质基板下表面上所有第二直流馈电线都连接在介质基板下表面设置的第二馈电端口B上。

进一步的，本发明中，所述第一馈电端口A、第二馈电端口B两端加载电压，通过金属通孔对介质基板上表面的PIN二极管施加偏置电压。

进一步的，本发明中，所述金属通孔设置在方形金属片和矩形金属片上，方形金属片上的金属通孔与第二直流馈电线连接，矩形金属片上的金属通孔与第一直流馈电线连接。