[发明专利]一种宽带频率可重构FSS天线罩

说明书

本发明公开了一种宽带频率可重构FSS天线罩，属于电磁波调控技术领域。本发明以FSS超薄单元作为单元紧凑结合，呈M*N周期性排布；FSS超薄单元包括异形谐振方环、分形方贴片和介质基板；分形方贴片位于异形谐振方环的内部；异形谐振方环和分形方贴片之间留有缝隙，四周缝隙的中心位置加载有变容二极管。本发明所述天线罩具有高透过率，宽角入射和极化不敏感特性，可用于雷达，超宽带天线，飞行器蒙皮，多信道通信，高纯度辐射等领域中。

技术领域

本发明属于电磁波调控技术领域，具体涉及一种具有高透过率，宽角入射和极化不敏感特性的宽带频率可重构FSS天线罩。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是一种二维的电磁周期结构。从空间滤波现象而言，FSS实质是一种空间滤波器，它对不同工作频率、入射角度和极化状态的电磁波具有选择滤波特性。通过一定的参数调整，可以实现FSS在工作频段内的带通或带阻，而在带外几乎所有能量都被全反射或全透射。FSS技术在通信，目标隐身和抗干扰等领域的研究发展十分迅速，其典型应用包括：雷达天线罩、多频反射面天线、电磁吸收体以及平面极化转换器等。得益于电子计算机技术和印刷电路板技术的快速发展，多频带、宽频带、有源加载以及电可控的FSS得到了深入研究和广泛发展。

近年来，可重构FSS引起了研究者们的广泛关注，主要包括极化可重构和频率可重构。其中，频率可重构FSS对于通信，滤波和复杂的电子系统具有重要的应用价值和实际的工程意义。文献“A Reconfigurable FSS Using a Spring Resonator Element,(Saidatul.Norlyana.Azemi,Kamran.Ghorbani；Wayne.S.T.Rowe,IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,2013,12:781-784.)”公开了一种基于螺旋结构的可重构FSS。通过改变螺旋形单元的高度可以调整FSS的通带或阻带的中心频率，实现了FSS频域可重构的连续变化。文献公开了螺旋单元的等效电路，并分析单元结构参数对中心频点的影响。通过数值仿真结果和实验数据可知：当螺旋高度从14变化到16mm，FSS变现为阻带类型，中心频率从3.43GHz变化到5.43GHz；当螺旋长度继续增加，超过18mm后FSS表现为通带类型；当螺旋高度在26-36mm的范围内变化，可以得到一个3.2-3.67GHz的频率可重构范围。该文献详细分析了可重构FSS的电路模型，通过结构参数变化的方式实现了通/阻带中心频点的连续调节。然而，文献中对FSS重构的方式不具备动态调节的特点，对不同中心频点的通/阻带需要不同的设计和加工。而且，螺旋形FSS的通带和阻带调节范围较窄，分别仅为45％和14％。此方法的FSS不适用于低剖面，宽带调节或动态可重构的设计需求。

文献“Varactor-tunable second-order bandpass frequency-selectivesurface with embedded bias network,(Amir Ebrahimi；Zhongxiang Shen；WithawatWithayachumnankul；Said F.Al-Sarawi；Derek Abbott,IEEE Transactions on Antennasand Propagation,2016,64(5):1672-1680)”公开了一种单元加载变容二极管的频率可重构FSS。此种带通类型FSS由三层的复合单元组成，单元顶层和底层为蚀刻的超表面贴片结构，不同单元的中间层组成栅状的馈电网络，为贴片缝隙的变容二极管馈电。根据实验结果，当FSS单元上的二极管电容从0.12pF变化到0.38pF，通带的中心频率从5.2GHz变化到3.7GHz，达到9％的带宽。此种FSS的设计方法结合了变容二极管，有效地实现了动态的频域可重构。然而，文献中的FSS调节范围较窄，并且透过率较低，插入损耗保持在-3到-6dB。此外，由于FSS采用双层贴片设计，被迫使用的中层馈电网络极大地增加了实际工作的不稳定性。对于实际应用中常见的入射角和极化问题，此种FSS也缺少讨论和分析。