本发明专利技术公开了一种同频吸透一体化的可重构超表面，超表面的几何结构由两个通过由介质衬底隔开的可调电谐振器组成，变容二极管和PIN二极管分别嵌入在介质基底的顶部和底部上。当PIN二极管处于关断状态并且变容二极管被提供反向偏置电压时，AFSS被设计为在垂直入射时是透射性的。相反，当PIN二极管处于接通状态时，AFSS起到了吸收的作用。本发明专利技术打破了传统超表面介质下层多为整块金属地的设计思路，在介质下层引入了谐振结构实现吸波、透射功能的切换，同时在顶层引入变容二极管实现了同一频率下的吸波和透射状态的切换，二极管采用周期性地并联，因此少量的电压足以同时调节大型样机中的所有集总元件，制造简单，容易实现。容易实现。容易实现。
【技术实现步骤摘要】
一种同频吸透一体化的可重构超表面
[0001]本专利技术属于电子信息
，涉及一种同频吸透一体化的可重构超表面。
技术介绍
[0002]随着雷达技术的发展，其对军事口标的探测、侦察、监视和攻击能力飞迷提升，威胁越来越大。因此，要求雷达隐身技术具有更快迷的发展，以提高军事目标的战场生存力和作战效能。雷达隐身技术的主要任务就是将雷达发射出来的探测电磁波散射或吸收掉，使其不能反射被探测雷达接收，实现电磁隐身效果。电磁隐身效果的主要衡量指标是雷达散射面积(RCS,Radar cross section)的缩减程度。缩减军事目标的RCS目前主要有两种思路：一是通过改变目标形状实现RCS缩减的外形隐身技术，如飞行器外形隐身设计；二是对目标采用低散射型罩体结构实现RCS缩减的罩体隐身技术，如频率选择表面天线罩设计、在军事目标上涂吸波材料等。第一中思路由于过度依赖军事目标的特殊外形，同时考虑军事目标的气动性，其所受局限较大，且适应性低。故第二种思路为现在主流的降低RCS的研究方向。在第二种思路中覆盖吸波材料的方法由于其需要依赖材料本身的物理特性，其工作频率固定，且同时需要考虑材料的耐高温、抗腐蚀的性能，造价昂贵且适应性较差。频率选择性表面是通过设计金属的特殊结构实现频选特性，设计灵活、构造简单、易于模拟分析，被广泛的应用在电磁隐身研究中。
[0003]自从频率选择表面被开发用于微波和毫米波吸收以来，它们已被广泛应用于隐身、雷达散射截面(RCS)减小的系统中。考虑到实际应用场景的复杂性和多变性，主动频率选择表面(AFSS)结构的表面阻抗可以通过引入石墨烯、液晶、和二极管等可调元件来定制，从而实现具有可调吸收、反射和传输功能的多功能频率选择表面。石墨烯、液晶等材料具有响应时间过慢、成本高、切换控制系统复杂等缺点。同时，现有大多数所提出的频率选择表面都是通过控制结构的表面阻抗来实现吸收、反射和透射之间的动态切换。当结构的表面阻抗改变时，共振频率也会不同。对于吸收和传输模式转换的情况，上下两层的表面阻抗都会发生变化，很难实现同一频率下的动态开关。这不仅浪费频谱资源，同时在敌我双方雷达同频时，很容易使军事目标要么失去隐身功能，要么失去通信功能。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中对于吸收和传输模式转换的情况，上下两层的表面阻抗都会发生变化，很难实现同一频率下的动态开关的问题，提供一种同频吸透一体化的可重构超表面。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提出的一种同频吸透一体化的可重构超表面，包括若干个周期性排列的超表面单元；
[0007]所述超表面单元包括介质基底，在所述介质基底的上表面设有第一金属和第二金属，所述第一金属与所述第二金属之间连接有用于调节介质基底上表面阻抗的变容二极
管；在所述介质基底的下表面设有第三金属和第四金属，在所述第三金属与所述第四金属之间设有第五金属，在所述第三金属与所述第五金属之间及所述第四金属与所述第五金属之间均连接有用于调节介质基底下表面阻抗的PIN二极管。
[0008]优选地，所述第一金属和第二金属对称设置；所述第三金属与所述第四金属对称设置。
[0009]优选地，所述第一金属和第二金属均为倒L形状。
[0010]优选地，所述第三金属和所述第四金属均为U型结构。
[0011]优选地，所述第五金属为类工字形结构。
[0012]优选地，所述介质基底为介电常数为4.4的FR4介质基板。
[0013]优选地，获取介质基底上表面阻抗的方法如下：
[0014]Z
TOP
＝(R
t1
+jwL
t1
+1/jwC
t1
)||Z
var
[0015]其中，R
t1
为上表面金属结构的等效金属损耗，L
t1
为上表面金属结构的等效电感，C
t1
为上表面金属结构的间隙电容，Z
var
为变容二极管等效阻抗，j为虚数，w为角频率；
[0016]获取变容二极管等效阻抗Z
var
的方法如下：
[0017]Z
var
＝R
var
+jX
var
[0018]其中，R
var
为变容二极管内阻，X
var
为变容二极管的可调电抗。
[0019]优选地，获取介质基底下表面阻抗的方法如下：
[0020]Z
BOT
＝(R
b1
+jwL
b1
+1/jwC
b1
)||Z
PIN
[0021]其中，R
b1
为下表面金属结构的等效金属损耗，L
b1
为下表面金属结构的等效电感，C
b1
为下表面金属结构的间隙电容。
[0022]优选地，PIN二极管的表现形式：
[0023]PIN二极管开状态下：Z
PIN
＝R
b2
+jwL
b2
+R
ON
；
[0024]PIN二极管关状态下：Z
PIN
＝jwL
b2
+1/jwC
OFF
+R
b2
[0025]其中，R
b2
为PIN管固有内阻，L
b2
为PIN管固有电感，R
ON
为电路等效的小电组，C
OFF
为电路等效的大电容。
[0026]优选地，介质基底的上表面和下表面呈并联状态，故频率选择表面的总阻抗如下：
[0027]Z＝Z
TOP
||Z
BOT
。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术提出的一种同频吸透一体化的可重构超表面，在介质基底的上表面设有第一金属和第二金属，第一金属与第二金属之间通过变容二极管相连，在介质基底的下表面设有第三金属和第四金属，在第三金属与第四金属之间设有第五金属，在第三金属与第五金属之间及第四金属与第五金属之间均通过PIN二极管相连，形成可调电谐振器。超表面的几何结构由两个通过由介质衬底隔开的可调电谐振器组成，变容二极管和PIN二极管分别嵌入在介质基底的顶部和底部上。当PIN二极管处于关断状态并且变容二极管被提供反向偏置电压时，AFSS被设计为在垂直入射时是透射性的。相反，当PIN二极管处于接通状态时，AFSS起到了吸收的作用。顶层变容二极管调节变容二极管的电容值和PIN二极管的通断状态，实现同频双功能开关；通过调节变容二极管的电容值，补偿结构的不对称性，实现高达35
°
的双功能开关。本专利技术打破了传统超表面介质下层多为整块金属地的设计思路，在介质下层引入了谐振结构实现吸波、透射功能的切本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，包括若干个周期性排列的超表面单元；所述超表面单元包括介质基底，在所述介质基底的上表面设有第一金属和第二金属，所述第一金属与所述第二金属之间连接有用于调节介质基底上表面阻抗的变容二极管；在所述介质基底的下表面设有第三金属和第四金属，在所述第三金属与所述第四金属之间设有第五金属，在所述第三金属与所述第五金属之间及所述第四金属与所述第五金属之间均连接有用于调节介质基底下表面阻抗的PIN二极管。2.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，所述第一金属和第二金属对称设置；所述第三金属与所述第四金属对称设置。3.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，所述第一金属和第二金属均为倒L形状。4.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，所述第三金属和所述第四金属均为U型结构。5.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，所述第五金属为类工字形结构。6.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，所述介质基底为介电常数为4.4的FR4介质基板。7.根据权利要求1所述的同频吸透一体化的可重构超表面，其特征在于，获取介质基底上表面阻抗的方法如下：Z
TOP
＝(R
t1
+jwL
t1
+1/jwC
t1
)||Z
var
其中，R
t1
为上表面金属结构的等效金属损耗，L
t1
为上表面金属结构的等效电感，C
t1
为上表面金属结构的间隙电容，Z
var
为变容二极管等效阻抗，j为虚数，w为角频率；获取变容二极管等效阻抗Z
var
的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：衣建甲，姬佳惠，王珺锋，董彩婕，朱丽娜，陈晓明，张安学，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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