【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型人工电磁材料，具体涉及一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构。
技术介绍
1、近十几年以来，超表面由于其对电磁波波面的灵活操作而引起了人们的极大兴趣。超表面是一种由亚波长尺寸单元周期性或准周期性排列设计而成的人工电磁表面，作为超材料的一种二维形式，它不仅继承了超材料独特的电磁性质，而且还具有损耗小、制造简单、重量轻、集成度高等优势。特别是超材料吸波体在微波和太赫兹工程中有广泛的应用前景，因此过去十几年的得到了迅速发展。与传统的电磁吸收剂相比，超材料吸波体具有以下几个优点。一是超材料吸波体可以随意调控介电常数和磁导率，通过在自由空间中实现阻抗匹配进而吸收电磁波能量，因此即使是在极薄的基板上也可以实现完美吸波。二是超材料吸波体可以使用传统的印刷电路板(pcb)工艺制造。因此，与传统的铁氧体基电磁吸波剂相比，总成本相对较低。
2、然而，大多数被动超材料吸波体在特定工作频段实现的功能单一固定、工作模式固定，并且无法实现动态调控，难以满足对多功能化、智能化器件的需求。随着可重构机制的发展，可以实现动态调制功能的有源超材料吸波体也迅速发展了起来。特别是吸透一体化有源超材料吸波体，会根据外界条件改变做出不同的响应，实现功能可重构和复用，在电磁孔径隐身和智能天线罩设计等诸多应用中具有重要意义。但是现有的吸透一体化可重构超表面技术依旧存在着不少缺陷，例如目前大部分的有源超材料吸波体无法实现高效吸波与透波窗口设计兼容设计、透波窗口带宽普遍较窄、透波窗口差损大、宽角度适应性差等，难以满足电磁孔径宽带，高效，全向隐身设
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，突破了天线罩透波窗口动态开关技术与带内透波与带外吸收兼容设计技术，解决了透波带宽拓展难度大，透波窗口差损大、宽角度适应性差等瓶颈问题，具有集成度高、可批量生产的特点，兼容电磁与力学承载功能，能够用于多功能电磁集成系统和天线罩系统。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，所述的超材料结构由超材料结构单元周期排布组成，超材料结构单元通过以下步骤制备得到：
4、步骤1：设计超材料结构单元的吸波部分，吸波部分包括双层的螺旋线手性超构单元，双层的螺旋线手性超构单元结构形状相同，均由四条沿着中心原点旋转90°的螺旋线组成，螺旋线在极坐标系中的数学表达式为：
5、
6、其中参数g0＝0.2，g1＝0.035，g2＝0.15，t的取值范围为(0，5π/2)；
7、步骤2：设计超材料结构单元的有源频选部分，有源频选部分包括贴片网栅互补结构，贴片网栅互补结构包括第一正方形结构金属贴片层、第二正方形结构金属贴片层和金属网栅条结构；
8、步骤3：设计介质基板层，介质基板层由上至下依次包括第一基板层、第二基板层、第三基板层和第四基板层，第一基板层和第二基板层的厚度为0.1375mm，之间的空气层厚度为5mm，第二基板层和第三基板层的厚度为1.575mm，之间空气层厚度为8mm，第三基板层和第四基板层压合在一起；
9、步骤4：将双层螺旋线手性超构单元分别印刷在第一基板层和第二基板层的正面；第一正方形结构金属贴片层和第二正方形结构金属贴片层分别印刷在第三基板层和第四基板层的正面，金属网栅条结构印刷在第三基板层的背面。
10、在一部分实施例中，步骤1中，螺旋线的宽度为0.15mm。
11、在一部分实施例中，螺旋线的尾部连接着垂直金属线或水平金属线，垂直金属线和水平金属线中加载有碳基电阻膜，碳基电阻膜的长度为1.1mm，宽度为0.2mm。
12、在一部分实施例中，第一基板层上的碳基电阻膜的方阻为150ω/m^2，第二基板层上的碳基电阻膜的方阻为90ω/m^2。
13、在一部分实施例中，第一正方形结构金属贴片层和第二正方形结构金属贴片层均由多个正方形金属贴片单元构成，正方形金属贴片单元的宽度为6.5mm，第三基板层上相邻的两个正方形金属贴片单元之间设置有垂直金属馈线，第四基板层上相邻的两个正方形金属贴片单元之间设置有水平金属馈线，垂直金属馈线和水平金属馈线上均设置有缺口，在缺口处加载pin二极管，实现对透波窗口开关状态的动态切换。
14、在一部分实施例中，垂直金属馈线和水平金属馈线的线宽均为0.35mm，缺口长度为0.3mm。
15、在一部分实施例中，金属网栅条结构的线宽为2.5mm，金属网栅条结构内两栅条间隔距离为5mm。
16、在一部分实施例中，所述的超材料结构在7-9.6ghz波段实现透波窗口动态开关，在3-6ghz和11-21ghz的带外频段实现高效吸收。
17、第二方面，本专利技术提供了一项所述的透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构在多功能电磁集成系统或智能天线罩系统中的应用。
18、本专利技术的有益效果：
19、1.本专利技术提供的透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构通过在双层手性吸波层结构中加载电阻膜结构，实现高效选择性吸波，并且结合并联谐振支路等方式，实现吸波材料宽带开窗。
20、2.本专利技术提供的透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构通过集成pin二极管实现了对于透波窗口的动态切换，其调控方式简便，可用于其他功能的集成。
21、3.本专利技术通过优化单元结构与馈电网络大幅度缩减有源元器件，降低功耗，提高通带透波效率。
22、4.本专利技术采用电阻膜替代传统贴片电阻的方式实现吸波，提高了材料的复合成型能力，便于集成化和批量化生产。
23、5.本专利技术中实施例提供的透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构能够在7-9.6ghz波段实现透波窗口动态开关，3-6ghz与11-21ghz的带外频段实现高效吸收。
24、6.本专利技术有效解决了吸波、透波兼容设计、宽带透波窗口动态开关等难题，兼容电磁与力学承载功能，可以应用于多功能电磁集成系统和智能天线罩系统。
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1.一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，所述的超材料结构由超材料结构单元周期排布组成，超材料结构单元通过以下步骤制备得到：
2.根据权利要求1所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，步骤1中，螺旋线的宽度为0.15mm。
3.根据权利要求2所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，螺旋线的尾部连接着垂直金属线或水平金属线，垂直金属线和水平金属线中加载有碳基电阻膜，碳基电阻膜的长度为1.1mm，宽度为0.2mm。
4.根据权利要求3所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，第一基板层上的碳基电阻膜的方阻为150Ω/m^2，第二基板层上的碳基电阻膜的方阻为90Ω/m^2。
5.根据权利要求4所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，第一正方形结构金属贴片层和第二正方形结构金属贴片层均由多个正方形金属贴片单元构成，正方形金属贴片单元的宽度为6.5mm，第三基板层上相邻的两个正方形金属贴片单元之间设置有垂直金属馈线，第四基板层上相邻的两个正
6.根据权利要求5所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，垂直金属馈线和水平金属馈线的线宽均为0.35mm，缺口长度为0.3mm。
7.根据权利要求4所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，金属网栅条结构的线宽为2.5mm，金属网栅条结构内两栅条间隔距离为5mm。
8.根据权利要求1所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，所述的超材料结构在7-9.6GHz波段实现透波窗口动态开关，在3-6GHz和11-21GHz的带外频段实现高效吸收。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构在多功能电磁集成系统或智能天线罩系统中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，所述的超材料结构由超材料结构单元周期排布组成，超材料结构单元通过以下步骤制备得到：
2.根据权利要求1所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，步骤1中，螺旋线的宽度为0.15mm。
3.根据权利要求2所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，螺旋线的尾部连接着垂直金属线或水平金属线，垂直金属线和水平金属线中加载有碳基电阻膜，碳基电阻膜的长度为1.1mm，宽度为0.2mm。
4.根据权利要求3所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，第一基板层上的碳基电阻膜的方阻为150ω/m^2，第二基板层上的碳基电阻膜的方阻为90ω/m^2。
5.根据权利要求4所述的一种透波窗口可动态开关的吸透一体超材料结构，其特征在于，第一正方形结构金属贴片层和第二正方形结构金属贴片层均由多个正方形金属贴片单元构成，正方形金属贴片单元的宽度为6.5mm，第...
【专利技术属性】
技术研发人员：李勇峰，秦喆，蒋李鑫，杨皓，王贺，郑麟，陈红雅，马华，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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