一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其制作方法與流程

本發(fā)明涉及電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面結(jié)構(gòu)又稱為“空間濾波器”，是由特定形狀的單元結(jié)構(gòu)通過周期排列構(gòu)成，是對(duì)空間波進(jìn)行濾波的器件，常用于反射面天線、雷達(dá)吸波和天線罩等場(chǎng)合。

頻率選擇表面的諧振頻率與其周期單元的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)有關(guān)，對(duì)于特定的結(jié)構(gòu)尺寸，其諧振頻率往往是固定不變的。但是在跳頻、認(rèn)知無(wú)線電等一些應(yīng)用場(chǎng)景下，需要頻率選擇表面的通帶或阻帶特性能夠根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)隨時(shí)進(jìn)行改變，即通過外部輸入的控制信號(hào)(如偏置電壓、偏置磁場(chǎng)等)，改變頻率選擇表面的通帶或阻帶頻率，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

近年來(lái)，作為頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)得到廣泛的研究。根據(jù)可調(diào)方式不同，可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)可以分為電可調(diào)、磁可調(diào)和機(jī)械可調(diào)。磁可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)采用鐵氧體等材料作為襯底，在外加磁場(chǎng)的影響下，實(shí)現(xiàn)襯底材料的磁導(dǎo)率變化，進(jìn)而調(diào)諧中心頻率，但是需要配套的外部額外部件提供的可變磁場(chǎng)，不僅增加體積和成本，也會(huì)帶來(lái)性能的影響；機(jī)械可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)通過改變諧振單元的形狀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的可調(diào)，但是往往需要外加壓力使其發(fā)生形變，故存在著調(diào)節(jié)速度和精度等問題；電可調(diào)頻率選擇結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體變?nèi)荻O管、pin管、bst變?nèi)荻O管、mems開關(guān)、液晶等電壓或電流可控元件或材料實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)節(jié)，電可調(diào)元件往往需要采用直流偏置電路和直流/射頻隔離元件構(gòu)成偏置網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于大規(guī)模陣列的頻率選擇結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可能會(huì)引起性能的惡化，例如諧振頻率的偏移、產(chǎn)生寄生頻段以及極性的惡化等，但是由于電可調(diào)元件具有小尺寸、納秒級(jí)的調(diào)節(jié)速度和低成本等優(yōu)勢(shì)，認(rèn)識(shí)目前最常用的可調(diào)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中電可調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)中偏置網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)傳輸性能產(chǎn)生惡化影響的問題，提出了本發(fā)明的一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及其制作方法，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，包括一塊介質(zhì)板，所述介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)有上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層均設(shè)置有周期排布的周期單元，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同，每個(gè)所述周期單元為在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成，刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊，所述金屬塊與其四周的導(dǎo)電層之間通過多個(gè)變?nèi)荻O管連接；

所述上導(dǎo)電層中，所述變?nèi)荻O管的正極連接所述金屬塊，負(fù)極連接所述上導(dǎo)電層，所述金屬塊通過導(dǎo)電過孔與所述下導(dǎo)電層連接；

所述下導(dǎo)電層中，所述變?nèi)荻O管的負(fù)極連接所述金屬塊，正極連接所述下導(dǎo)電層，所述金屬塊通過導(dǎo)電過孔與所述上導(dǎo)電層連接。

可選地，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元沿所述介質(zhì)板正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布。

可選地，所述金屬塊為圓形或正多邊形，所述刻蝕形成的環(huán)的外形與所述金屬塊的外形相同，且二者同心。

可選地，所述上導(dǎo)電層中，所述金屬塊的正中心通過導(dǎo)電過孔與所述下導(dǎo)電層連接；所述下導(dǎo)電層中，所述金屬塊的正中心通過導(dǎo)電過孔與所述上導(dǎo)電層連接。

可選地，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中，所述變?nèi)荻O管圍繞所述金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。

依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括：

在一塊介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)置上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層；

在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元，且所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同，每個(gè)所述周期單元通過在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成，刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊；

在所述上導(dǎo)電層中，將多個(gè)變?nèi)荻O管的正極連接所述金屬塊，負(fù)極連接所述上導(dǎo)電層，并通過導(dǎo)電過孔將所述金屬塊與所述下導(dǎo)電層連接；

在所述下導(dǎo)電層中，將所述變?nèi)荻O管的負(fù)極連接所述金屬塊，正極連接所述下導(dǎo)電層，并通過導(dǎo)電過孔將所述金屬塊與所述上導(dǎo)電層連接。

可選地，所述在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元包括：在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層上，沿所述介質(zhì)板正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布設(shè)置所述周期單元。

可選地，所述每個(gè)所述周期單元通過在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成，刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊包括：刻蝕掉圓形或正多邊形的金屬環(huán)，以形成圓形或正多邊形的金屬塊，使刻蝕形成的環(huán)與所述金屬塊同心。

可選地，在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中，將所述導(dǎo)電過孔設(shè)置在所述金屬塊的正中心處，使所述金屬塊與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。

可選地，在所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層中，將所述變?nèi)荻O管圍繞所述金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：通過在介質(zhì)板的上、下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)，將完整的導(dǎo)電層分割成周期排列的周期單元，在周期單元的金屬塊與所在層的導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)偏置電壓對(duì)電容值的調(diào)節(jié)，從而通過電可調(diào)方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)；且上、下導(dǎo)電層的周期單元錯(cuò)位排布，其金屬塊通過導(dǎo)電過孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接，從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓可以經(jīng)過導(dǎo)電過孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制，消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響，并且該新型電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)具有雙極化方向性，能夠滿足多極化電子設(shè)備對(duì)電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為上導(dǎo)電層的周期單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為下導(dǎo)電層的周期單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、介質(zhì)板；2、上導(dǎo)電層；20、周期單元；21、金屬塊；22、環(huán)；23、導(dǎo)電過孔；24、變?nèi)荻O管3、下導(dǎo)電層；30、周期單元；31、金屬塊；32、環(huán)；33、導(dǎo)電過孔；34、變?nèi)荻O管。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明的核心思想是在介質(zhì)板的上下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)，形成周期排列的周期單元，周期單元的金屬塊與所在導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管，且上下導(dǎo)電層的周期單元，錯(cuò)位排布，其金屬塊通過導(dǎo)電過孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接，從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓經(jīng)過導(dǎo)電過孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制，消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖1所示，本發(fā)明的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，包括一塊介質(zhì)板1，介質(zhì)板1的正反兩面分別設(shè)有上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3，上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3均設(shè)置有周期排布的周期單元20和周期單元30。

上導(dǎo)電層2的周期單元20與下導(dǎo)電層3的周期單元30的形狀和尺寸相同，分別如圖中上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3上的虛線框所示，每個(gè)周期單元為在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成，刻蝕形成的環(huán)(22和32)內(nèi)留有金屬塊(21和31)，金屬塊(21和31)與其四周的導(dǎo)電層之間通過多個(gè)變?nèi)荻O管(24和34)連接，具體可參見圖2和圖3所示的上、下導(dǎo)電層周期單元示意圖。

如圖2所示，在上導(dǎo)電層2中，變?nèi)荻O管24的正極連接金屬塊21，負(fù)極連接上導(dǎo)電層2，金屬塊21通過導(dǎo)電過孔23與下導(dǎo)電層3連接。

如圖3所示，在下導(dǎo)電層3中，變?nèi)荻O管34的負(fù)極連接金屬塊31，正極連接下導(dǎo)電層3，金屬塊31通過導(dǎo)電過孔33與上導(dǎo)電層2連接。

通過在介質(zhì)板的上、下導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)，將完整的導(dǎo)電層分割成周期排列的周期單元，在周期單元的金屬塊與所在層的導(dǎo)電層之間加載變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)偏置電壓對(duì)電容值的調(diào)節(jié)，從而通過電可調(diào)方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，且上、下導(dǎo)電層的周期單元錯(cuò)位排布，其金屬塊通過導(dǎo)電過孔與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層連接，從而加載在上導(dǎo)電層的偏置電壓可以經(jīng)過導(dǎo)電過孔傳輸?shù)较聦?dǎo)電層的周期單元的金屬塊上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下導(dǎo)電層周期單元中變?nèi)荻O管的控制，消除偏置網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸特性的影響，并且該新型電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)具有雙極化方向性，能夠滿足多極化電子設(shè)備對(duì)電調(diào)頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

優(yōu)選地，上、下導(dǎo)電層的金屬塊為圓形或正多邊形，刻蝕形成的環(huán)的外形與金屬塊的外形相同，且二者同心。采用圓形或正多邊形的周期單元，可以使得形成的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)在多個(gè)方向上結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱性好，從而在加載偏置電壓進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)時(shí)，各個(gè)方向的響應(yīng)一致，提高對(duì)稱性能，如圖1所示實(shí)施例中，上導(dǎo)電層2的金屬塊21和環(huán)22同心，且均為正方形形狀，下導(dǎo)電層3的金屬塊31和環(huán)32同心，且均為正方形形狀，當(dāng)然，如上所述，采用圓形、正六邊形等多邊形形狀的周期單元也可，這里圖1的正方形周期單元只是其中的一種示意性實(shí)施例。

優(yōu)選地，如圖1所示，上導(dǎo)電層2的周期單元20與下導(dǎo)電層3的周期單元30沿介質(zhì)板1正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布，即沿圖中所示的x軸或y軸方向錯(cuò)位，從而在x軸方向或y軸方向上結(jié)構(gòu)對(duì)稱，便于將上、下導(dǎo)電層的周期單元沿一條直線分布，結(jié)構(gòu)整齊緊湊。

更優(yōu)選地，上導(dǎo)電層2中，金屬塊21的正中心通過導(dǎo)電過孔23與下導(dǎo)電層3連接；下導(dǎo)電層3中，金屬塊31的正中心通過導(dǎo)電過孔33與上導(dǎo)電層2連接。將導(dǎo)電過孔23和33分別設(shè)置在金屬塊21和31的正中心處，使得周期單元的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，各個(gè)方向?qū)ζ秒妷旱捻憫?yīng)一致，從而性能更加穩(wěn)定。

優(yōu)選地，上導(dǎo)電層2和下導(dǎo)電層3中，變?nèi)荻O管24和變?nèi)荻O管34分別圍繞金屬塊21和金屬塊31四周呈中心對(duì)稱分布，從而提高周期單元的對(duì)稱性。

在使用本發(fā)明的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)時(shí)，在上導(dǎo)電層2上加載偏置電壓，上導(dǎo)電層2的偏置電壓通過可變電容二極管24傳輸至金屬塊21，進(jìn)而通過導(dǎo)電過孔23傳輸至下導(dǎo)電層3的金屬塊31上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上周期單元和下周期單元中變?nèi)荻O管的控制，，通過改變加載的偏置電壓的大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的通帶頻率的控制。

本發(fā)明還公開了一種頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括：在一塊介質(zhì)板的正反兩面分別設(shè)置上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層；在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層上設(shè)置周期排布的周期單元，且上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層的周期單元的形狀和尺寸相同，每個(gè)周期單元通過在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕掉金屬環(huán)形成，刻蝕形成的環(huán)內(nèi)留有金屬塊；在上導(dǎo)電層中，將多個(gè)變?nèi)荻O管的正極連接金屬塊，負(fù)極連接上導(dǎo)電層，并通過導(dǎo)電過孔將金屬塊與下導(dǎo)電層連接；在下導(dǎo)電層中，將變?nèi)荻O管的負(fù)極連接金屬塊，正極連接下導(dǎo)電層，并通過導(dǎo)電過孔將金屬塊與上導(dǎo)電層連接。

優(yōu)選地，在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層設(shè)置周期單元，具體包括：在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層上，沿介質(zhì)板1正反兩面的橫向或縱向錯(cuò)位排布設(shè)置周期單元。

優(yōu)選地，在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層上刻蝕形成周期單元時(shí)，刻蝕掉圓形或正多邊形的金屬環(huán)，以形成圓形或正多邊形的金屬塊，使刻蝕形成的環(huán)與金屬塊同心。

優(yōu)選地，在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層中，將導(dǎo)電過孔設(shè)置在金屬塊的正中心處，將金屬塊與對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。

優(yōu)選地，在上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層中，將變?nèi)荻O管圍繞金屬塊四周呈中心對(duì)稱分布。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。