光控主动频率选择表面制作及光电性能研究

为简化主动频率选择表面(FSS)器件结构,提高其谐振频率的操控性能,提出一种利用光电导薄膜的光照导电特性控制FSS结构尺寸变化的光控主动FSS。从理论角度阐述了FSS结构尺寸与中心谐振频率的关系。以十字带通型光控主动FSS为例,采用CST软件仿真得到光照前后的中心谐振频率,频率由23GHz变为28GHz。采用镀膜、电子束蒸发及光刻等工艺制作出光控主动FSS样件,分析了光电导薄膜中掺杂成分、退火温度、退火时间及光照频率、光照功率等因素对其光电性能的影响。结果显示:调节CdS、CdSe的分子数比(1∶1~5∶1)可改变敏感波长;调节CdCl_2、InCl_3、CuCl_2的比例可改变亮暗方块电阻比,实验中分子数比为(3.6∶2.6∶1.3)时效果最佳;退火温度为750℃、退火时间为30s时光电导薄膜光电特性与欧姆接触达到峰值。测试结果表明:在功率为200mW/cm^2与波长为0.6μm的光照条件下,光控主动FSS的中心谐振频率从光照前的23.8GHz变为28GHz,与仿真结果一致。

一款光控频率选择表面的器件开关特性研究

研究了一款光敏电阻型开关,用以实现光控有源频率选择表面(Optically Controlled Active Frequency Selective Surface, OCAFSS)。该开关在LED等光源激励下亮态阻值可小于20Ω,暗态值接近0.2 MΩ,并随着光源强度的变化阻值可调。通过对光敏电阻内部结构的分析以及借鉴硅片型光控微波开关的建模经验,使用CST等电磁仿真软件对该开关进行了建模与仿真。经实物加工和测试,所得测试结果与仿真结果一致,显示出该光敏电阻在频段0.1~1 GHz可切换亮/暗状态,其S21参数分别为-3 dB以上和-10 dB以下,对应的传输信号可以通过或被阻挡;但随着频率的升高,开关效果不再明显,当频率大于2 GHz以后,亮暗态S21均在-7 dB以上,不再具备开关性能。对该光敏电阻的开关特性研究表明,可将其使用于特定频段OCAFSS。为验证这一结论的正确性,我们制作了一款该使用频段的吸波型OCAFSS,最终测试结果与预期值符合。

基于互补屏的主动频率选择表面设计研究

将谐振型频率选择表面负载阻抗分离可形成基于耦合机制的互补频率选择表面(CFSS).控制容性表面单元的旋转角α,可调节CFSS谐振频点.以"Y"形单元为例,利用耦合积分方程法计算了CFSS的频响特性,并通过自由空间法测试250mm×250mm样件.计算与测试结果表明:随着α角变化,CFSS能够实现主动变频功能,为主动FSS设计提供借鉴.

基于传递函数的频率选择表面集总参数研究

等效电路法是分析主动FSS的主要方法,获得FSS集总参数是等效电路法分析问题的关键.本文在传统等效电路法基础上,根据传输线理论构造传递函数.依据等效阻抗与传输峰值之间的关系,建立由集总参数构成的矩阵方程,利用最小二乘法拟合得到等效集总参数,并借助传递函数快速得到FSS频响特性曲线.与全波分析法对比,传递函数法的计算结果与数值计算结果吻合,从而验证该方法的准确性和可靠性.该方法不仅能够获取FSS结构集总参数,还能够计算FSS结构的频响特性曲线,为基于等效电路法分析主动FSS提供理论参考.

光敏开关器件微波传输特性的研究与分析

高性能的光敏开关器件是实现直接光控有源频率选择表面(AFSS)的关键。文中阐述了硫化镉光敏薄膜的优点和长引脚硫化镉光敏电阻器件的劣势,对四款不同的贴片硫化镉光敏电阻直流特性与微波特性进行了研究与分析。对加载有环保光敏电阻的圆环缝隙频率选择表面(FSS)进行实验验证,确定了单缝型微带线光控开关作为直接光控AFSS基础模型的有效性。同时,对直接光控AFSS中常用半导体硅和同族体锗进行了微波微带开关测试,表明锗并不适用于光控微波开关。最后对潜在可用于直接光控的新型半导体材料进行了展望。