一种具有独立调频的有源频率选择表面

本发明属于全自动化产品领域，涉及一种具有独立调频的有源频率选择表面。

背景技术：

1、频率选择表面(frequency selective surface,fss)是由贴片或孔径单元周期排列而成的无限大阵列，对不同频率、不同极化以及不同入射角的电磁波起到滤波的作用。由于优秀的滤波性能，已广泛应用于吸波器、雷达隐身、rcs缩减和电磁兼容等领域。

2、为了满足现代军事系统和卫星中双频天线对通信以及屏蔽能力的需求，双频fss已经被广泛研究。然而，大多数双频fss设计仅仅局限在单一带宽比(较高谐振频率与较低谐振频率之比)。而在不同的应用场合对fss的带宽比具有不同的要求，例如在卫星导航和基站上需要具有较小带宽比的fss结构，而在飞行器上前端，为了减小雷达散射截面便需要具有较大带宽比的fss结构。因此，需要研究具有不同带宽比的fss结构。

3、目前，已经提出了一些通过改变单元结构的物理尺寸来实现带宽比改变的fss结构。文献[1]采用谐振元件与非谐振元件的集合实现了具有较大带宽比的双频响应，通过改变fss结构加载的电容大小以及相应的物理尺寸可实现带宽比的改变。文献[2]提出了电感耦合的小型化双频fss结构，通过改变加载电容的位置以及大小从而实现对双通带谐振频率的独立调节。文献[3]，[4]提出了带宽比可改变的3d双频二阶fss结构。尽管上述fss结构可实现双频带的独立调节，但是其均为无源fss结构，一旦样件制作完成，其带宽比便是固定的，不能实现动态调节。不仅如此，对于无源fss来说，其不能实现由双频响应转换到单频响应的动态切换功能，难以适应现代多输入多输出(multiple-input–multiple-output,mimo)天线对频率响应的动态需求。

4、为了解决上述问题，需开展双频主动fss(active frequency selectivesurface,afss)结构的研究。目前一些基于机械调控、磁调控、和电压调控的afss结构已经被提出。其中，机械调控和磁调控具有调节速度慢、调频范围窄等缺点。而电压调控主要有晶体、石墨烯以及变容二极管和pin二极管有源器件电调控，基于前两者的电调控结构制作成本高，而基于有源器件的电调控结构具有制作成本低、响应速度快等优点，因此被广泛应用于多功能、多标准通信系统中。

5、一些基于有源器件的双频afss结构被提出。文献[5]提出了具有独立调频能力的双频afss，该结构由互补的分裂环组成，通过单独调节内环或者外环的变容二极管两端偏置电压，从而实现低频和高频通带谐振频率的独立调频。然而该结构只能工作在单一极化下。之后，双极化带宽比可改变的双频afss被提出，这些拓扑结构由印刷在介质板两侧的周期金属图案组成，变容二极管均位于顶层[6],[7]，通过调节不同位置变容二极管两端反向电压实现双频带的独立调节。由于上述afss结构控制双频带的变容二极管均位于一层，当不同的变容二极管工作时相邻的单元结构之间会存在较强的电磁耦合，从而影响双频带独立调节能力，因此需要设置隔离结构。因此，设计一个无需额外设置隔离结构的双极化可单独调频的双频afss结构，可以满足mimo天线对通信以及屏蔽能力的动态需求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种具有独立调频的有源频率选择表面，包括第一介质基板、第二介质基板和粘结层；

2、所述粘结层设置在所述第一介质基板、所述第二介质基板之间；

3、在所述第一介质基板上方设置有第一金属层；

4、在所述粘结层上方设置有第二金属层；

5、在所述第二介质基下方设置有第三金属层；

6、在所述第一介质基板、第二介质基板和粘结层正中间均设置有金属通孔；

7、所述第一金属层包括第一金属贴片和第一变容二极管组；

8、所述第一变容二极管组包括4个第一变容二极管；

9、所述第一金属贴片包括设置在所述第一介质基板周边的第一环带贴片及所述在第一环带贴片内部，以通孔为圆心具有4个弯曲桥臂的十字结构贴片；

10、所述弯曲桥臂的一端均与通过所述第一金属贴片的通孔相连接；

11、所述弯曲桥臂的另一端与第一变容二极管的阳极相连接；

12、所述第一变容二极管的阴极与环带贴片相连接；所述第一环带贴片还与电源正极相连接；

13、所述第二金属层由4个弯曲交叉偶极子组成；所述弯曲交叉偶极子一端与通孔相连接，另一端与电源负极相连接；

14、所述第三金属层包括第二金属贴片和第二变容二极管组；

15、所述第二金属贴片包括设置在所述第一介质基板周边的第二环带贴片，并在所述第二环带贴片间隔均匀设置有方形凸起以及设置在所述第二金属贴片正中间的方形贴片，所述方形贴片分别通过4个短臂形成曲线包围圈；

16、所述第二环带贴片与所述电源正极相连接；

17、所述第二变容二极管组包括4个第二变容二极管；

18、所述第二变容二极管的阳极与所述短臂一端透过包围圈相连接；短臂的另一端设置在方形贴片一边的正中间；

19、所述第二变容二极管的阴极与所述方形凸起相连接。

20、进一步地：所述弯曲桥臂以中心点为圆点顺时针或逆时针旋转90度以后与其相邻的上一弯曲或下一个弯曲的桥臂重合。

21、进一步地：所述弯曲桥臂包括第一桥臂，与所述第一桥臂一端垂直连接的第二桥臂，与所述第二桥臂一端垂直连接的第三桥臂，与所述第三桥臂一端垂直连接的第四桥臂，与所述第四桥臂一端垂直连接的第五桥臂，与所述第五桥臂一端垂直连接的第六桥臂，与所述第六桥臂一端垂直连接的第七桥臂，与所述第七桥臂一端垂直连接的第八桥臂，所述第八桥臂的正中间与所述第七桥臂一端相连接。

22、进一步地：所述第一桥臂的长度为l1＝1.85mm，所述第二桥臂与所述第三桥臂之间的距离为d＝0.3mm，所述第一桥臂的长度为l2＝1.45mm,所述第一桥臂的长度为l3＝2.9mm，所述弯曲桥臂的宽度为w1＝0.3mm；所述第一环带贴片的宽度为b＝0.27mm，所述第八桥臂与所述第一环带贴片之间的距离为g＝0.3mm。

23、进一步地：所述选择表面的结构是正方形，所述正方形的边长为10mm。

24、进一步地：所述弯曲交叉偶极子包括第一臂桥、与所述第一臂桥一端垂直连接的第二臂桥、与所述第二臂桥一端垂直连接的第三臂桥、与所述第三臂桥一端垂直连接的第四臂桥、与所述第四臂桥一端垂直连接的第五臂桥、与所述第五臂桥一端垂直连接的第六臂桥。

25、进一步地：所述弯曲交叉偶极子以通孔为圆心，所述弯曲交叉顺时针或逆时针旋转90度以后与其相邻的上一弯曲或下一个弯曲交叉偶极子重合；

26、所述第一臂桥的长度是e1＝0.55mm，所述第三臂桥与相邻弯曲交叉偶极子的第四臂桥之间的宽度是e2＝0.4mm，所述第六臂桥的长度是l4＝2.45mm，所述第四臂桥与相邻弯曲交叉偶极子的第五臂桥之间的宽度是e3＝0.3mm，所述弯曲交叉偶极子的宽度为w2＝0.2mm。

27、进一步地：所述第二环带贴片的宽度为b＝0.27mm。

28、进一步地：所述方形贴片的宽度为d2＝2.7mm，所述方形凸起的宽度为m＝1.0mm，所述曲线包围圈的宽度为w3＝0.4mm，所述短臂距离所述曲线包围圈的宽度为d3＝1.5mm，所述方形贴片距离所述曲线包围圈的宽度为d1＝1.85mm。

29、进一步地：所述粘结层的厚度h＝0.1mm，所述第一介质基板、所述第二介质基板厚度相等，所述第一、第二介质基板厚度t＝0.5mm。

30、本发明提供的一种具有独立调频的有源频率选择表面，实现具有不同带宽比的fss结构设计，本发明提出了一个可以实现双频独立调节的极化不敏感双频主动频率选择表面(active frequency selective surface,afss)结构。该结构由三层金属层组成，金属层之间由薄的介质基板分隔开来，变容二极管对称地焊接在顶层和底层。由于该afss结构本身为馈电网络，因此避免了额外设置的馈电网络对afss结构造成的负面影响。该结构可以通过单独控制顶层或底层的变容二极管可分别实现第一和第二传输通带谐振频率的独立调频。由于所有的变容二极管为并联连接，因此具有较小的能量损耗。此外，通过改变介质基板的厚度以及变容二极管，该afss结构还可实现二阶带通响应的单频带调频。