一种频率选择表面工作频段调整装置和调整方法

1.本发明涉及频率选择表面技术领域，具体涉及一种频率选择表面工作频段调整装置和调整方法。


背景技术：

2.频率选择表面(frequency selective surface，简称为fss)是一种人工电磁结构，由金属、石墨等导电材料通过印刷、刻蚀等方式在介质基板表面周期型排列形成，可分别透过或反射特定频段的电磁波。现有的频率选择表面在制备完成后，由于其上周期性排列的图案形制固定，因此其吸收频段、透射频段、反射频段等工作频段的特性就已确定，为扩大或改变频率选择表面的工作频段适用范围，现有技术中出现了可控频率选择表面，该种技术一般是通过在电磁结构中集成可变电容等可控电子元件，或是通过机械方式调整结构的几何参数等实现频率选择表面工作频段的调整，显然，现有的可控频率选择表面结构较为复杂，制造难度、成本也较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种频率选择表面工作频段调整装置和调整方法，该调整装置利用介质阻挡放电的形式在介质基板表面的导电单元附近形成等离子体层，通过改变等离子体层的介电性质，可对其所形成的频率选择表面的工作频段进行调整。
4.为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.第一技术方案：一种频率选择表面工作频段调整装置，所述频率选择表面由若干第一导电单元于介质基板的第一表面周期性间隔排布形成，所述调整装置包括：若干第二导电单元，其一一对应于所述第一导电单元布设于所述介质基板背离所述第一表面的第二表面，且每一所述第二导电单元与其所对应的所述第一导电单元在位置上相互错开；高压脉冲电源，其与所述第一导电单元和第二导电单元连通，以通过介质阻挡放电在在所述第一表面和第二表面形成等离子体层；其中，所述高压脉冲电源的电气参数可调，且各所述第一导电单元之间、各所述第二导电单元之间以及一第一导电单元和一第二导电单元之间电性连接以构成电流回路。
6.第二技术方案：一种频率选择表面工作频段调整装置，所述频率选择表面由若干第一导电单元于介质基板的第一表面周期性间隔排布形成，所述调整装置包括：若干第二导电单元，其一一对应于所述第一导电单元布设于所述介质基板内，且每一所述第二导电单元与其所对应的所述第一导电单元在位置上相互错开；高压脉冲电源，其与各所述第一导电单元和第二导电单元连通，以通过介质阻挡放电在在所述第一表面形成等离子体层；其中，所述高压脉冲电源的电气参数可调，且各所述第一导电单元之间、各所述第二导电单元之间以及一第一导电单元和一第二导电单元之间电性连接以构成电流回路。
7.基于第一技术方案的第三技术方案：所述等离子体层相对所述介质基板第一表面
和第二表面的厚度为0.01mm至0.1mm，电子密度为1
×
10
13
cm-3至1
×
10
15
cm-3
。
8.基于第二技术方案的第四技术方案：所述等离子体层相对所述介质基板第一表面的厚度为0.01mm至0.1mm，电子密度为1
×
10
13
cm-3至1
×
10
15
cm-3
。
9.基于第一或第二技术方案的第五技术方案：所述第一导电单元和第二导电单元为金属、石墨或石墨烯材料。
10.基于第一或第二技术方案的第六技术方案：所述介质基板的介电常数根据该可控频率选择表面的工作频段范围选择。
11.此外，本发明还提供第七技术方案：一种调整频率选择表面工作频段的方法，其用于通过如上述第一至第六技术方案所述的一种频率选择表面工作频段调整装置对频率选择表面的工作频段进行调整，其包括：调整所述高压脉冲电源的电气参数以改变所述等离子体层的介电性质。
12.基于第七技术方案的第八技术方案：所述高压脉冲电源的电气参数包括电压、电流、脉冲占空比。
13.由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
14.本发明提供的一种频率选择表面工作频段调整装置，参照常规的频率选择表面设置方式，在介质基板的第一表面周期性间隔排布若干第一导电单元，同时还设置有若干第二导电单元，第二导电单元设置的位置可以是介质基板内部，也可以是介质基板上与第一表面背离的第二表面。
15.当第二导电单元设置在第二表面时，介质基板在第一表面和第二表面同时形成频率选择表面，之后将第一导电单元和第二导电单元接入高压脉冲电源并形成电流回路，在介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)原理作用下，第一导电单元和第二导电单元附近会在介质基板表面形成等离子体层，该等离子体层会沿第一导电单元和第二导电单元设置的形状而排布在介质基板表面，因此其可与第一导电单元和第二导电单元配合共同在介质基板表面形成频率选择表面，通过改变高压脉冲电源的输出，即可调整等离子体层的介电性质，从而改变频率选择表面的工作频段。
16.当第二导电单元设置在介质基板内时，介质基板仅在第一表面形成频率选择表面，通过改变高压脉冲电源的输出，也可改变该频率选择表面的工作频段。
17.其中，第二导电单元的作用在于，与第一导电单元配合，使得高压脉冲电源在接入到第一导电单元和第二导电单元后能够通过介质阻挡放电的形式形成等离子体层，由于现有技术中的导电单元并不需要接入电源，因此其显然也不需要另行设置第二导电单元。同时，此处的第二导电单元与第一导电单元还是一一对应设置的关系，但二者在位置上相互错开，以保证等离子体得以形成，此处的相互错开可理解为第二导电单元在第一表面上的投影与第一导电单元在第一表面上的投影并不完全重合。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明提供的一种频率选择表面工作频段调整装置的实施例一的结构示意
图；
20.图2为本发明提供的一种频率选择表面工作频段调整装置的实施例二的结构示意图；
21.图3为实施例一中的频率选择表面在不同等离子体层电子密度情况下的反射率图表；
22.图4为实施例一中的频率选择表面在不同等离子体层电子密度情况下的透射率图表；
23.图5为实施例二中的频率选择表面在不同等离子体层电子密度情况下的反射率图表；
24.图6为实施例二中的频率选择表面在不同等离子体层电子密度情况下的透射率图表。
25.主要附图标记说明：
26.介质基板10；第一表面11；第二表面12；第一导电单元21；第二导电单元22；等离子体层30；高压脉冲电源40。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
29.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
30.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
31.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
32.实施例一
33.参照图1，介质基板10包括两个相互背离的第一表面11和第二表面12，在本实施例中，介质基板10的第一表面11上周期性间隔排布有若干个第一导电单元21，此处第一导电单元21可为长条形状结构，多个第一导电单元21通过印刷方式以相同的距离平行排布设置在第一表面11，此时在介质基板10的第一表面形成一频率选择表面。其中，介质基板10的介
电常数可根据该频率选择表面的工作频段范围选择。
34.本实施例提供的调整装置即用于调整上述的频率选择表面，其主要包括若干第二导电单元22和高压脉冲电源40。
35.在介质基板10内设置有若干个第二导电单元22，该第二导电单元22与位于第一表面11的第一导电单元21在形状尺寸上应当是一致的，并且是一一对应设置的，即一个第一导电单元21对应在介质基板10内部设置有一个第二导电单元22，但同时，每个互相对应的第一导电单元21和第二导电单元22在位置上互相错开，这种错开是指第二导电单元22在第一表面11上的投影与第一导电单元21在第一表面11上的投影并不完全重合，但二者的距离也不能过大，以防止无法激发等离子体。其中，第一导电单元21、第二导电单元22可由金属、石墨或者石墨烯等制成。
36.其中，第一导电单元21之间、第二导电单元22之间均通过连接导线形成电性连接，同时在介质基板10的一端处的第一导电单元21和第二导电单元22之间也通过连接导线形成电性连接，以在高压脉冲电源40、第一导电单元21、第二导电单元22之间形成电流回路。
37.高压脉冲电源40与第一导电单元21和第二导电单元22电性连接，在其向第一导电单元21和第二导电单元22输送高压脉冲电流时，在介质阻挡放电的作用下，第一导电单元21和第二导电单元22附近会形成等离子体层30，这一等离子体层30会沿着第一导电单元21和第二导电单元22的形状排布，相当于扩大了第一导电单元21和第二导电单元22的宽度。
38.由于高压脉冲电源40的电气参数可调，因此等离子体层30的介电性质可通过改变高压脉冲电源40的输出来进行调整，进而改变上述频率选择表面的工作频段。其中，等离子体层30相对介质基板10的第一表面11的厚度为0.01mm至0.1mm，电子密度为1
×
10
13
cm-3至1
×
10
15
cm-3
。
39.参见图3和图4，二者分别示出了以本实施例所提供的结构，在介质基板10的介电常数为4.3、第一导电单元21和第二导电单元22选用金属铜的情况下，不同的等离子体层30电子密度所对应的不同的反射率和透射率。
40.由图3和图4可知，在不激发形成等离子体层30的情况下，该频率选择表面在26.9ghz与39.2ghz的位置存在禁带；在激发形成等离子体层30后，分别在28.5ghz，30.3ghz，31.8ghz的位置产生禁带，说明实现了该频率选择表面的工作频段的调整。
41.实施例二
42.参照图2，实施例二与实施例一的区别点仅在于，将第二导电单元22设置在介质基板10与第一表面11背离的第二表面12上，在高压脉冲电源40不向第一导电单元21、第二导电单元22通电时，介质基板10的第二表面12也形成一频率选择表面。
43.之后，在高压脉冲电源40通电时，介质基板10的第一表面11和第二表面12同时形成工作频段可控的频率选择表面。
44.参见图5和图6，二者分别示出了以本实施例所提供的结构，在介质基板10的介电常数为4.3、第一导电单元21和第二导电单元22选用金属铜的情况下，不同的等离子体层30电子密度所对应的不同的反射率和透射率。应当理解的是，此处的数据是以第一表面11为入射面获得。
45.由图5和图6可知，在不激发形成等离子体层30的情况下，该频率选择表面在28ghz与39.5ghz的位置存在禁带；在激发形成等离子体层30后，分别在25.2ghz，29.7ghz，
30.4ghz，32.1ghz，35.8ghz，36.9ghz，39.2ghz的位置产生禁带，说明实现了该频率选择表面的工作频段的调整。
46.此外，本发明还提供一种调整频率选择表面工作频段的方法，该调整方法基于上述实施例一或实施例二所提供的一种频率选择表面工作频段调整装置，其包括通过改变高压脉冲电源40的电气参数调整等离子体层30的介电性质的步骤。
47.其中，高压脉冲电源40的电气参数可以包括电压、电流和脉冲占空比，通过调整上述参数，可对等离子体层30的介电性质进行调整，从而改变频率选择表面的工作频段。
48.本发明提供的一种频率选择表面工作频段调整装置和调整方法，利用介质阻挡放电的形式在介质基板10表面的导电单元附近形成等离子体层30，通过改变等离子体层30的介电性质，可对其所形成的频率选择表面的工作频段进行调整。
49.上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。