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一种S波段超宽带能量选择表面设计

周涛 虎宁 盖龙杰 黄文涛 徐延林 刘培国

周涛, 虎宁, 盖龙杰, 等. 一种S波段超宽带能量选择表面设计[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 033003. doi: 10.11884/HPLPB202436.230369
引用本文: 周涛, 虎宁, 盖龙杰, 等. 一种S波段超宽带能量选择表面设计[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 033003. doi: 10.11884/HPLPB202436.230369
Zhou Tao, Hu Ning, Gai Longjie, et al. Design of an S-band ultra-wideband energy selective surface[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 033003. doi: 10.11884/HPLPB202436.230369
Citation: Zhou Tao, Hu Ning, Gai Longjie, et al. Design of an S-band ultra-wideband energy selective surface[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 033003. doi: 10.11884/HPLPB202436.230369

一种S波段超宽带能量选择表面设计

doi: 10.11884/HPLPB202436.230369
基金项目: 国家自然科学基金重大项目(62293491);湖南省自然科学基金项目(2022JJ20045)
详细信息
    作者简介:

    周 涛,2645288679@qq.com

    通讯作者:

    虎 宁,1141832906@qq.com

  • 中图分类号: TN713

Design of an S-band ultra-wideband energy selective surface

  • 摘要: 设计了一种工作在S波段的能量选择表面,可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成,顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片,金属条与金属片间加载两个PIN二极管;底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时,能量选择表面工作在透波状态,电磁波可以传播;当入射电磁波场强超过阈值时,金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通,此时能量选择表面进入防护状态,电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析,解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好,表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz,插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2~3.5 GHz;在防护状态下,工作频带的防护效能大于10 dB,达到了超宽带的要求。
  • 图  1  S波段超宽带能量选择表面单元结构图

    Figure  1.  Structures of the ultra-wideband ESS in the S-band

    图  2  ESS等效电路模型

    Figure  2.  Equivalent circuit model of the ESS

    图  3  ESS等效电路和全波仿真结果

    Figure  3.  Equivalent circuit and full-wave simulation results of the ESS

    图  4  频率为3.3 GHz处表面电场分布

    Figure  4.  Distribution of electric field on the surface at 3.3 GHz

    图  5  频率为3.3 GHz处表面电流密度

    Figure  5.  Surface current density at 3.3 GHz

    图  6  S波段能量选择表面插入损耗测试环境

    Figure  6.  Insertion loss (IL) measurement environment of S-band ESS

    图  8  测试结果

    Figure  8.  Measurement results

    图  7  S波段能量选择表面防护效能测试原理图

    Figure  7.  Shielding effectiveness (SE) measurement schematic diagram of S-band ESS

    表  1  结构几何尺寸参数

    Table  1.   Geometric dimensions of this structure (mm)

    p L c w t s d
    16 15 0.15 1 0.4 0.1 0.508
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    表  2  等效电路集总元件参数

    Table  2.   Parameters of equivalent lumped-element circuit model

    Z0 Zd C1/pF C2/pF C3/pF C4/pF L1/nH L2/nH R1 RN CF/pF
    377 180 1.2 0.4 0.4 0.8 2.1 12.4 3.3 Ω 1.5 Ω 0.15
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    表  3  参数性能对比

    Table  3.   Parameters and performance comparison

    reference thickness/mm number of diodes for unit cell 1 dB bandwidth/GHz 15 dB bandwidth/GHz
    [11] 1.000 4 4.16~4.48 0~3.8
    [16] 0.508 9 2.28~3.81 2.0~4.0
    this work 0.508 2 2.20~3.50 2.5~4.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-16
  • 修回日期:  2024-01-10
  • 录用日期:  2023-12-27
  • 网络出版日期:  2024-01-16
  • 刊出日期:  2024-02-29

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