基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构及装置。涉及频率选择表面设计领域。本发明专利技术的频率选择装置由作为基础单元的频率选择结构阵列排布而成，频率选择结构包含上介质基板、下介质基板以及垂直连接于两介质基板间的中心立柱。中心立柱垂直轴心设置有圆环贴片和圆形贴片，中心立柱、圆环贴片和圆形贴片同轴，且后两者位于前者长度方向的中部位置。中心立柱与圆环贴片间形成第一环形缝隙，圆环贴片和圆形贴片之间形成第二环形缝隙。中心立柱外径较介质基板小，故其外部形成了液态金属填充的空间。本发明专利技术能够实现在同一频段内带通和带阻功能的切换，并且具备极好的冷却效果，结构简单，制作成本低。制作成本低。制作成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构及装置


[0001]本专利技术涉及频率选择表面(FSS)设计，尤其是一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，以及一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择装置。

技术介绍

[0002]频率选择表面(FSS)是一种由谐振单元按二维周期性排列构成的单层/多层平面/立体结构，它对电磁波具有频率选择特性，在飞行器雷达隐身领域中有着广阔的应用。随着电磁工作环境日益复杂多变，需要主动切换或改变工作频带等电磁特性来适应外部环境变化的需求。另一方面，雷达探测技术的快速发展也使得带内透波带外吸波的吸波/透波一体频率选择表面(ATFSS)的研究越发重要，拥有可调性能的ATFSS则能更好地对抗敌方雷达以提高自身安全。当今通讯技术的飞速进步，传统FSS很难再应对愈加复杂的实际工作场景，这推动了可重构FSS的发展，使可重构FSS成为近年来的热门课题。频率选择表面可重构技术以频选单元的基本形式为出发点，通过调整单元的属性参数来改变FSS的谐振特性，滤波特性及吸波特性等。传统可重构频率选择表面主要利用加载有源器件并调整其电路参数的方式，或者由介质基底材料属性的改变来实现，但是使用电器元件组成的结构在天线罩的应用上会被高温影响。所以需要考虑一种新型的实现方式，通过改变频选单元的结构形态来实现FSS的电性能可重构，因此一种能够灵活改变FSS单元结构形状及尺寸的材料/方式是此可重构形式下可重构FSS的关键。
[0003]现有技术的另一种设计如图1所示，其所设计的双频电磁频率选择表面，用于控制入射电磁波在1.45GHz和2.45GHz两个谐振频率下的传输和反射状态。交换可以通过使用集成在表面的有源器件来实现。3D
‑
FSS包含一个圆锥体和一个矩形，以创建一个3D结构。该结构的上部包括两块不连续的条状物和三个压印在平面上的圆环。该FSS的曲面上覆盖了一层金属层。pin二极管集成了一个不连续条，在正常波入射时在通和关状态之间切换FSS。开/关状态分别授予纯粹的电感或电容行为。3D
‑
FSS的尺寸设计用于创建1.45GHz和2.45GHz的阻带。当PIN二极管被视为一个连续电路时，得到了打开状态下的3D
‑
FSS的响应。这种配置提供了2.45GHz的阻带响应和1.45GHz的通带响应。如图2所示，在关闭状态下，我们看到大约在第一个期望频率处有阻带响应，在大约2.45GHz期望频率处出现第二个通带。因此，通过在有源元件的开启和关闭状态之间切换，提出的带有有源元件的3D
‑
FSS可以设计为电磁波在所需频段附近的反射和传输创建可重构的行为。该工作可应用于可重构波束开关天线。
[0004]然而，类似图1所示的可重构频率选择表面，加载各类二极管元件是最常用的方式，但是其调谐范围较小，并且需要额外设计馈电网络；使用MEMS(微机电系统，Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System)开关也可以实现可重构，但是其成本较高，且FSS作为周期结构需要大量的MEMS开关；使用电磁特性可调的基板材料如铁氧体、石墨烯、液晶材料等同样可以改变FSS的谐振特性，但其也存在成本较高且工作环境要求高的问题。液态金属可重构频率选择表面无需设计馈电网络，同时又拥有较大的调谐范围以及更加灵活多变的电性能
重构形式，成本也较其它方式更低，还可以解决雷达天线罩的耐热问题。
[0005]现有技术中一些通过注入/抽出液态金属实现频率选择的频率选择表面，例如CN110504548A所公开的基于液态金属的可散热频率选择装置，又或者CN111509394A所公开的一种基于液态金属的可散热频率可重构频率选择装置，其通过在上下介质基板间设置“Y”字型支柱以及在周围注入或抽离液态金属(室温下呈液态的金属，如镓、铟、锡、铋和锌中至少一种的金属流体)来实现频率的选择。这些设计在一定程度上能够改善频率选择表面在高温环境下的电气性能，并且也能够实现良好的散热，但是，其仅能实现单频点带通，无法实现在同一频段内带通/带阻功能的切换。

技术实现思路

[0006]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，以在通过低成本方式解决雷达天线罩耐热问题的同时，通过注入/抽离液态金属来实现在同一频段内带通与带阻功能的切换。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其包括上介质基板、下介质基板以及中心立柱，所述上介质基板和所述下介质基板相互平行，所述中心立柱垂直连接于所述上介质基板和所述下介质基板之间，所述中心立柱垂直于轴向的截面面积小于所述上介质基板在所述下介质基板上的投影面积，所述中心立柱的外部作为液态金属的填充空间；
[0009]所述中心立柱内设置有第一环形缝隙和第二环形缝隙，所述第一环形缝隙包围所述第二环形缝隙，所述中心立柱、所述第一环形缝隙和所述第二环形缝隙同轴，所述第一环形缝隙和所述第二环形缝隙在同一平面。
[0010]上述结构的频率选择结构，作为频率选择表面的一个基本单元。中心立柱的周围注入液态金属，一方面可以对频率选择结构进行良好散热，另一方面，在注入液态金属状态下，整个结构形成双环形缝隙，实现双频点带通，在抽离液态金属状态下，第一环形缝隙与中心立柱周围的真空环境连通而失效，此时就只有第二环形缝隙工作，形成单环形缝隙结构，实现带阻的切换。
[0011]进一步的，所述第一环形缝隙和/或所述第二环形缝隙的宽度均匀。
[0012]进一步的，所述第一环形缝隙和所述第二环形缝隙的形状相同。
[0013]进一步的，所述第一环形缝隙和所述第二环形缝隙的形状均为圆环。
[0014]进一步的，所述第一环形缝隙的宽度较所述第二缝隙的宽度大。
[0015]进一步的，所述中心立柱内设置有第一贴片和第二贴片，所述第一贴片和所述第二贴片在同一平面，所述中心立柱、所述第一贴片和所述第二贴片同轴设置，且所述第一贴片成环形包围所述第二贴片；
[0016]所述第一环形缝隙由所述第一贴片与所述中心立柱侧壁之间的缝隙形成，所述第二环形缝隙由所述第二贴片与所述第一贴片之间的缝隙形成。
[0017]进一步的，所述中心立柱为圆柱形，所述第一贴片为圆环形，所述第二贴片为圆形。
[0018]进一步的，所述第一环形缝隙和所述第二环形缝隙位于所述中心立柱长度方向的
中部位置。
[0019]本专利技术还提供了一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择装置，其包括频率选择阵列，所述频率选择阵列包括多个成阵列排布的上述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，相邻所述基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构的上介质基板和下介质基板分别紧密相连，所述频率选择阵列的四周由四个边壁密封；在两个成相对方向的边壁上分别设置有至少一个流道入口和至少一个流道出口。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，包括上介质基板(1)、下介质基板(2)以及中心立柱(3)，所述上介质基板(1)和所述下介质基板(2)相互平行，所述中心立柱(3)垂直连接于所述上介质基板(1)和所述下介质基板(2)之间，所述中心立柱(3)垂直于轴向的截面面积小于所述上介质基板(1)在所述下介质基板(2)上的投影面积，所述中心立柱(3)的外部作为液态金属的填充空间；所述中心立柱(3)内设置有第一环形缝隙(4)和第二环形缝隙(5)，所述第一环形缝隙(4)包围所述第二环形缝隙(5)，所述中心立柱(3)、所述第一环形缝隙(4)和所述第二环形缝隙(5)同轴，所述第一环形缝隙(4)和所述第二环形缝隙(5)在同一平面。2.如权利要求1所述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，所述第一环形缝隙(4)和/或所述第二环形缝隙(5)的宽度均匀。3.如权利要求2所述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，所述第一环形缝隙(4)和所述第二环形缝隙(5)的形状相同。4.如权利要求3所述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，所述第一环形缝隙(4)和所述第二环形缝隙(5)的形状均为圆环。5.如权利要求2所述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，所述第一环形缝隙(4)的宽度较所述第二缝隙(5)的宽度大。6.如权利要求1所述的基于液态金属实现带通/带阻切换的频率选择结构，其特征在于，所述中心立柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，孙京，刘伟刚，刘涓，陈博，王伟，许万业，张逸群，张树新，段学超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：