CN105846110B - 一种双极化同步可调的吸波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化同步可调的吸波器，包括周期吸波表面结构、第一层介质基板、屏蔽金属地板、第二层介质基板以及直流馈电网络。周期吸波表面结构由两个呈中心对称的等腰直角三角形金属表面以及焊接在两个等腰三角形斜边中央的变容二极管构成。金属化接地孔将直流馈电网络与呈中心对称的等腰直角三角形金属表面连接起来，通过改变加在直流偏置线上电压来改变二极管的电容值来实现吸波器谐振频率的变化从而达到电可调吸波，通过调节第一层介质基板的厚度可以改变吸波率。本发明可以应用于微波毫米波抗干扰***中，其优点结构简单、轻量化、低成本化、单元小型化，而且其加工周期短，可以实现双极化下的同步电可调吸波，其电可调范围较大。

Description

一种双极化同步可调的吸波器
技术领域
本发明属于微波吸波材料技术领域，涉及的一种低剖面可调吸波器。
背景技术
随着无线***的快速发展，电磁环境愈来愈复杂，对***的抗干扰性能要求愈来愈高。并且随着跳频技术的发展，可以随时改变不同频率的电磁波对目标进行探测，因此，单一窄带频率的吸波器将不再适用，电调吸波就在这样的需求下应运而生。由于电磁波存在极化，不同极化方向上的电调吸波也就成为了工业界以及学术界的研究热点。
为了实现电可调吸波器，Yijun Feng等人实现了X波段频率可调的吸波结构(H.Yuan,B.O.Zhu,and Y.Feng,“A frequency and bandwidth tunable metamaterialabsorber in x-band,”J.Appl.Phys,117,173103(2015))，在金属贴片上加载变容二极管，通过改变直流偏置电压来改变变容二极管的电容值从而实现吸波频率的改变，只是在这个设计中，频率可调节范围相对较小，并且仅仅实现了一个极化方向上的电可调吸波。在本发明中，所实现的是两个正交极化方向上的电可调吸波，并且两个方向上的电可调吸波频点是完全一致的，可调范围也比较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供了一种实现双极化宽带电可调吸波方法，在两个极化方向上的吸波频点与效果是完全一致的，具有很大的适用性和创新性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双极化同步可调的吸波器，包括周期性吸波表面结构、第一层介质基板、屏蔽金属地板、第二层介质基板以及直流馈电网络。所述的周期性吸波表面结构是由多个吸波表面沿横向及纵向呈二维周期排列而成的；所述的吸波结构单元是由两个呈中心对称的等腰直角三角形以及变容二极管构成的；所述的屏蔽金属地板印刷在第二层介质基板的背面，在每个吸波结构单元垂直投影区域对角位置腐蚀出一对对呈中心点对称的圆环，进而形成一对对呈中心点对称的孤立圆形焊盘；所述直流馈电网络由印刷在第二层介质基板背面的多组平行直微带线对构成，并通过一对对在直微带线上成中心点对称的金属化通孔将屏蔽金属地板上的一对对孤立圆形焊盘以及每个吸波结构单元连接在一起，所述的第一介质基板与第二介质基板的平面尺寸相同但是厚度相等或者不等，彼此通过层压的方式结合在一起。
进一步的，所述的两个呈中心点对称的等腰三角形金属表面其外轮廓成正方形，两等腰三角形的斜边间隔一条斜缝隙，其缝隙宽度以方便焊接上变容二极管为准；调节等腰三角形金属表面的边长和改变加载在两条平行直微带线的电压差进而改变变容二极管的电容值均可以改变吸波器的吸波频段，调节第一层介质基板的厚度可以改变吸波器的吸波率；所述的第二层介质基板厚度可以任意选择。
进一步的，所述的金属化通孔穿过第一层介质基板和第二层介质基板，其直径可以任意选择；所述的孤立圆形焊盘直径比金属化通孔直径至少大0.2mm，以确保孤立圆形焊盘与金属化通孔之间的良好接触；所述的圆环的直径要大于孤立圆形焊盘的直径，以确保直流偏置电路不会被短路；所述的平行直微带线宽度比金属化通孔直径至少大0.2mm，以确保平行直微带线与金属化通孔之间的良好连接；所述的平行直微带线宽度与圆环直径相等或者不等。
本发明的技术原理为：作为电可调吸波器来讲，实现电可调的核心器件是变容二极管，实现双极化电可调的核心是两个极化方向在金属贴片上的感应电流必须要流过变容二极管，这样才能保证变容二极管能够起到可调的效果，实现双极化同步可调的核心是两个极化方向在金属贴片上的感应电流要完全一样，本发明就是基于这样的原理，设计了高度对称的周期吸波表面结构来实现两个极化方向上的电可调吸波。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的周期排列吸波表面是高度对称的，在两个极化方向上，正方形金属贴片上的感应电流均能够流过变容二极管，并且吸波表面的高度对称性保证了两个极化方向上在正方形金属贴片上的感应电流分布是完全一样的，从而实现双极化同步可调吸波器。
(2)本发明的高度仅仅只有2.8mm，是完全适应现代无线通信***中低剖面的要求。
(3)本发明能够实现的电可调吸波范围比较大。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的总体展开示意图。
图2是本发明在两个极化方向上的电可调范围。
图3是本发明在两个极化方向上的电可调吸波效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、解决的技术问题以及技术方案更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1是本发明的总体展开示意图。包括周期吸波表面结构1、第一层介质基板2、屏蔽金属地板3、第二层介质基板4以及直流馈电网络，所述的周期吸波表面结构1是印制在厚度为2mm的F4B(相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001)第一层介质基板2上多个吸波单元结构11沿横向与纵向周期排列而成的；所述的吸波单元结构11是由两个呈中心点对称的等腰三角形金属表面12以及焊接在两个等腰三角形斜边中央的变容二极管13构成；所述的等腰三角形金属表面12其外轮廓为正方形，两等腰三角形的斜边间隔一条斜缝隙，其缝隙宽度以方便焊接上变容二极管为准，调节等腰三角形金属表面12的边长或者改变加载在平行直微带线对构成51的电压差进而改变变容二极管的电容值均可以改变吸波器的吸波频段，调节第一层介质基板2的厚度可以改变吸波器的吸波率；所述的第二层介质基板4仍是F4B(相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001)，厚度可以任意选择；所述的屏蔽金属地板3印刷在第二层介质基板2的背面，在每个吸波结构单元11垂直投影区域对角位置腐蚀出一对对呈中心点对称的圆环32，进而形成一对对呈中心点对称的孤立圆形焊盘31；所述直流馈电网络5由印刷在第二层介质基板4背面的多组平行直微带线对51构成，直微带线对51的条数可以根据周期性吸波表面的大小确定，并通过一对对在直微带线对51上成中心点对称的金属化通孔52将屏蔽金属地板3上的一对对孤立圆形焊盘31以及每个吸波结构单元11连接在一起；所述的第一介质基板2与第二介质基板4的平面尺寸相同但是厚度相等或者不等，彼此通过层压的方式结合在一起；所述的金属化通孔52穿过第一层介质基板2和第二层介质基板4，其直径可以任意选择；所述的孤立圆形焊盘31直径比金属化通孔52直径至少大0.2mm，以确保孤立圆形焊盘31与金属化通孔52之间的良好接触；所述的圆环32的直径要大于孤立圆形焊盘31的直径，以确保直流偏置电路不会被短路；所述的平行直微带线对51宽度比金属化通孔52直径至少大0.2mm，以确保平行直微带线对51与金属化通孔52之间的良好连接；所述的平行直微带线对51宽度与圆环32直径相等或者不等。
图2给出了具体实施中，在两个极化方向上，本发明的吸收频率随着变容二极管的电容值变化而变化的曲线图。变容二极管的电容值是与直流偏置电压密切相关的，当调节直流偏置电压使变容二极管的电容值取不同的值，当直流偏置电压为9伏特时，，其吸波频率为3.55GHz；在直流偏置电压为1伏特时，其吸波频率为2.29GHz,所得到的相对带宽为43.15％。
图3给出了具体实施中，在两个极化方向上，本发明的吸收效果随着直流偏置电压变化而变化的曲线图。无论是在哪个频率上的吸波，其吸波率均能达到95％以上。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种双极化同步可调的吸波器，包括周期性吸波表面结构（1）、第一层介质基板（2）、屏蔽金属地板（3）、第二层介质基板（4）以及直流馈电网络（5）,其特征在于：所述的周期性吸波表面结构（1）由印刷在第一层介质基板（2）正面的多个吸波结构单元（11）沿横向以及纵向二维周期排列而成，每个吸波结构单元（11）包括两个呈中心点对称的等腰三角形金属表面（12）以及焊接在两个等腰三角形斜边中央的变容二极管（13）；所述的屏蔽金属地板（3）印刷在第二层介质基板（2）的背面，在每个吸波结构单元（11）垂直投影区域对角位置腐蚀出一对对呈中心点对称的圆环（32），进而形成一对对呈中心点对称的孤立圆形焊盘（31）；所述直流馈电网络（5）由印刷在第二层介质基板（4）背面的多组平行直微带线对（51）构成，直微带线对（51）的条数根据周期性吸波表面的大小确定，并通过一对对在直微带线对（51）上成中心点对称的金属化通孔（52）将屏蔽金属地板（3）上的一对对孤立圆形焊盘（31）以及每个吸波结构单元（11）连接在一起；所述的第一层介质基板（2）与第二层介质基板（4）的平面尺寸相同但是厚度相等或不等，彼此通过层压的方式结合在一起。
2.根据权利要求书1所述的一种双极化同步可调的吸波器，其特征在于：所述的两个呈中心点对称的等腰三角形金属表面（12）其外轮廓成正方形，两等腰三角形的斜边间隔一条斜缝隙，其缝隙宽度以方便焊接上变容二极管为准；调节等腰三角形金属表面（12）的边长和改变加载在平行直微带线对（51）中两条直微带线上的电压差进而改变变容二极管的电容值均可以改变吸波器的吸波频段，调节第一层介质基板（2）的厚度可以改变吸波器的吸波率；所述的第二层介质基板（4）厚度可以任意选择。
3.根据权利要求书1所述的一种双极化同步可调的吸波器，其特征在于：所述的金属化通孔（52）穿过第一层介质基板（2）和第二层介质基板（4），其直径可以任意选择；所述的孤立圆形焊盘（31）直径比金属化通孔（52）直径至少大0.2mm，以确保孤立圆形焊盘（31）与金属化通孔（52）之间的良好接触；所述的圆环（32）的直径要大于孤立圆形焊盘（31）的直径，以确保直流偏置电路不会被短路；所述的平行直微带线对（51）宽度比金属化通孔（52）直径至少大0.2mm，以确保平行直微带线对（51）与金属化通孔（52）之间的良好连接；所述的平行直微带线对（51）宽度与圆形（32）直径相等或者不等。
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