[发明专利]C波段超宽带能量选择表面

说明书

为了使电子系统免受强电磁脉冲威胁，本发明提出了用于强电磁防护的C波段超宽带能量选择表面，包括从下到下依次层叠的第一金属周期结构、第一介质基板、第二金属周期结构、第二介质基板和第三金属周期结构。其中位于正面的第一金属周期结构中和位于背面的第三金属周期结构中均加载PIN二极管。利用多层金属周期结构和PIN二极管，实现了对入射电磁波的频率选择特性和对电磁能量进行感知的能量选择特性。本发明可对任意极化的防护的电磁波进行防护。

技术领域

本发明属于电磁防护技术领域，具体地涉及一种工作在C波段的超宽带能量选择表面。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，各类电子信息设备的集成化、智能化、小型化程度不断提高，其频率日益提升，能耗也日益降低，性能得到了大幅提升，与此同时却大大增加了电子信息设备对强电磁干扰、强电磁攻击的敏感性、易损性。同时，除了自然界存在的强电磁干扰外，人为的强电磁干扰、攻击手段也在日渐成熟，军事、民事领域的敏感设备都面临着更加复杂的强电磁威胁。

目前，针对强电磁威胁的防护手段大多以滤波、屏蔽和接地等“后门”防护手段为主，这些方法从电路设计出发，虽然简易方便，但却增加系统的复杂性和设计难度。而针对“前门”的防护手段研究却不太充足，目前主要是在前端电路中加装大功率限幅器，大功率衰减器虽然可以对流入电路的电流进行大幅衰减，但是其在满足大幅衰减信号的同时又会影响正常信号的通过。另外还有在前端加装滤波器或者频率选择表面(FSS)的手段，虽然可以将带外的大功率信号进行隔离，但是无法根据电磁环境的变化自适应改变自身工作状态，无法对频率在通带内的强电磁脉冲进行有效防护。

能量选择表面是一种针对“前门”的自适应强电磁防护装置，于2009年由国防科学技术大学率先提出公开号为101754668A，公开日为2010年06月23日的发明专利申请——一种电磁能量选择表面装置，其实现了L波段以下的防护。采用PIN二极管代替金属栅格的一部分，组成周期结构。利用PIN二极管在零偏与正偏条件下的巨大阻抗特性差异，通过入射电磁场的强度控制在二极管两端感应的电压大小控制二极管的通断，使防护结构在二极管导通前后一个等效为不连接的金属结构，一个等效为完整的金属屏蔽网，进而产生对入射电磁场的不同传输特性，起到自适应防护的功能。能量选择表面可以在不影响电子设备正常工作的前提下自适应屏蔽强电磁脉冲，其提出和设计对于强电磁脉冲具有重要意义。但是其虽然提出了能量选择表面的概念，能够自适应地根据空间场强改变自身工作状态，对带内强电磁脉冲自适应防护，但其工作频率为L波段，且为低通滤波，无法满足高频段电子系统的防护需求。

2019年，国防科学技术大学申请了公开号为109451718A，公开日为2019 年03月08日的发明专利——一种超宽带能量选择表面，实现了S波段的自适应防护。其方案包括上下两层周期结构，上层为包括两个横向的金属条和3个纵向的金属条，9个二极管加载在纵向金属条的缝隙上，背面为金属网格。二极管不导通时，该装置可以在S波段产生一个信号通带，而当二极管导通时，工作通带自适应转化为阻带，实现了自适应防护。但是其工作频段较窄，且只能进行线极化防护。

此外，上述两个发明专利在防护状态时都存在非工作频段的信号通带，该信号通带可被强电磁波进入，造成潜在风险。

发明内容

为了使电子系统免受强电磁脉冲威胁，本发明提出了一种C波段超宽带能量选择表面，其是一种覆盖C波段的空间自适应的超宽带能量选择表面。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：