一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面

技术领域

本发明涉及强电磁脉冲防护领域，尤其涉及一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面。

背景技术

现代电子信息系统的智能化得到了极大的发展，集成化程度越来越高，设备尺寸越来越小，电子器件密度越来越大。随着设备系统的电子化程度越高，对周围电磁场、电压、电流的变化也就越敏感。实验研究表明，电磁脉冲可以耦合进入电子系统中对设备的正常工作造成不同程度的影响，当耦合能量超过一定阈值就会造成敏感器件的毁伤，从而导致整个系统失效或永久损坏。高频段和大功率级别微波的有意和无意辐射，都可以远距离非接触地把设备的电子器件毁伤，从而瘫痪整个设备系统。如何在复杂电磁环境中有效保护电子信息系统的安全可靠运行，成为需要迫切解决的问题之一。

高频段、超宽带用频设备的发展对电磁防护技术提出了新的挑战和要求。由于高频段、超宽带技术在无线通信、探测等领域具有精度高、信息吞吐率高的特点，近几年来国内外应用高频超宽带的技术越来越普遍，主要应用于通信（如家庭和个人网络，公路信息服务系统和无线音频、数据和视频分发等）、雷达探测（如车辆及航空器碰撞/故障避免，入侵检测和探地雷达等）以及高精度定位（如资产跟踪、人员定位、室内定位等）。加之，第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点，其中5G通信频段覆盖已经覆盖到微波频段和超宽带频段。常用的卫星通信也已经覆盖到X、Ku波段。因此，无线通信、探测等系统中高频段和超宽带的电磁防护需求也越来越强烈。

目前，针对强电磁威胁的防护手段大多以滤波、屏蔽和接地等“后门”防护手段为主（例如，参考文献[1]和参考文献[2]），这些方法从电路设计出发，虽然简易方便，但却增加系统的复杂性和设计难度。而针对“前门”防护主要是在射频前端电路中加装大功率限幅器，大功率衰减器虽然可以对流入电路的电流进行大幅衰减，但是其在满足大幅衰减信号的同时又会影响正常信号的通过。此外，前端加装滤波器或者频率选择表面（FSS）虽然可以将带外的大功率信号进行隔离，但是无法根据电磁环境的变化自适应改变自身工作状态，无法对频率在通带内的强电磁脉冲进行有效防护。

能量选择表面是一种具有电磁能量低通特性的电磁能量选择表面，可以透射低能量的电磁信号而屏蔽高能量的电磁脉冲，在民用通信、导航、探测等电子信息平台的电磁脉冲防护方面具有重要意义。能量选择表面主要由导电金属结构单元阵列以及具有电压电流敏感的非线性材料或器件共同组成。参考文献[3]中虽然提出了能量选择表面的概念，即能够自适应地根据空间场强改变自身工作状态，对带内强电磁脉冲自适应防护，但其工作频率为L波段及以下，无法满足高频段电子系统的防护需求。参考文献[4]和参考文献[5]分别实现了S波段和X波段的防护，但是其带宽和频段依然不能满足现有设备对高频和超宽带的防护需求。

传统能量选择表面的性能受限于设计方法和加工工艺，使用传统PCB技术与商用封装二极管焊接技术加工的方式，受到商用二极管寄生参数、工艺精度以及电磁结构设计等因素影响，能量选择表面的高频、宽带防护性能不理想。加之，二极管的封装和焊接工艺不可避免的会额外引入寄生电容、电感等寄生参数。此外，商用二极管性能以及可选范围同样极大地制约了能量选择表面的防护性能。目前传统的能量选择表面设计加工方法只能满足低频、窄带用频电子信息系统的电磁防护需求。因此，为实现高频段和大带宽的能量选择表面，必须提高金属结构单元阵列加工精度，提升二极管的电性能，以及需要解决二极管封装和焊接带来的寄生电容、电感等问题。

参考文献：

[1]颜克文, 阮成礼, 梁源, 等. 通信设备天线端口电磁脉冲防护技术研究[J].舰船电子工程, 2012, Vol.32(8):61-63；

[2]张忠连, 超短波通信系统射频前段电磁防护技术研究[D]. 成都:电子科技大学, 2009:18-19；

[3]中国专利授权公告号CN101754668B一种电磁能量选择表面装置，授权公告日：2011-11-09；

[4]中国专利授权公告号CN109451718B一种超宽带能量选择表面，授权公告日：2020-06-19；

[5]中国专利授权公告号CN115566437B一种X波段宽带能量选择表面，授权公告日：2023-03-07。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面。

为实现上述发明目的，本发明提供一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面，包括：第一电磁响应阵列，与所述第一电磁响应阵列相连接的中间连接结构，与所述中间连接结构相连接的第二电磁响应阵列；

所述第一电磁响应阵列包括：至少一个第一电磁响应单元；

所述第一电磁响应单元包括：第一半导体介质层，在所述第一半导体介质层一侧面设置的第一十字金属结构，集成在所述第一半导体介质层上的第一二极管；

所述第一十字金属结构的第一金属臂设置有第一缝隙，且所述第一缝隙的相对两端用于与所述第一二极管的两个电极分别连接；

所述第二电磁响应阵列包括：至少一个第二电磁响应单元；

所述第二电磁响应单元包括：第二半导体介质层，在所述第二半导体介质层一侧面设置的第二十字金属结构，集成在所述第二半导体介质层上的第二二极管；

所述第二十字金属结构的第二金属臂设置有第二缝隙，且所述第二缝隙的相对两端用于与所述第二二极管的两个电极分别连接。

根据本发明的一个方面，所述第一电磁响应阵列和所述第二电磁响应阵列在所述中间连接结构的相对两侧分别连接；其中，所述第一十字金属结构在所述第一半导体介质层远离所述中间连接结构的一侧设置，所述第二十字金属结构在所述第二半导体介质层远离所述中间连接结构的一侧设置。

根据本发明的一个方面，所述第一十字金属结构的四个所述第一金属臂分别设置有所述第一缝隙，且所述第一二极管与所述第一缝隙一一对应设置；

所述第二十字金属结构的四个所述第二金属臂分别设置有所述第二缝隙，且所述第二二极管与所述第二缝隙一一对应设置。

根据本发明的一个方面，所述第一十字金属结构在X轴方向的长度

所述第一金属臂的宽度

所述第二十字金属结构在X轴方向的长度

所述第二金属臂的宽度

根据本发明的一个方面，所述第一半导体介质层和所述第二半导体介质层的厚度为一致的，且满足：0.5mm≤

根据本发明的一个方面，所述第一电磁响应阵列具有L个所述第一电磁响应单元，且所述第一电磁响应单元呈P×Q阵列排布；其中，P×Q=L，P，Q为正整数且满足P×Q≥2；

所述第二电磁响应阵列具有N个第二电磁响应单元，且所述第二电磁响应单元呈W×V阵列排布；其中，W×V=N，W，V为正整数且满足W×V≥2。

根据本发明的一个方面，所述第一十字金属结构采用金制成；

所述第二十字金属结构采用金制成。

根据本发明的一个方面，所述第一半导体介质层包括：依次设置的第一蓝宝石衬底、第一GaN缓冲层、第一GaN沟道层、第一AlN层、第一AlGaN势垒层、第一SiN钝化层；

所述第一十字金属结构设置在所述第一SiN钝化层上；

所述第一二极管为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，其包括：第一金属阳极、第一金属阴极，以及两个分别连接所述第一金属阳极和所述第一金属阴极的第一金属层；

所述第一金属阳极和所述第一金属阴极嵌入在所述第一SiN钝化层上，且分别与所述第一AlGaN势垒层相连接；其中，所述第一金属阳极与所述第一AlGaN势垒层肖特基接触，所述第一金属阴极与所述第一AlGaN势垒层欧姆接触；

所述第一金属层与所述第一金属臂一体设置；

所述第二半导体介质层包括：依次设置的第二蓝宝石衬底、第二GaN缓冲层、第二GaN沟道层、第二AlN层、第二AlGaN势垒层、第二SiN钝化层；

所述第二十字金属结构设置在所述第二SiN钝化层上；

所述第二二极管为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，其包括：第二金属阳极、第二金属阴极，以及两个分别连接所述第二金属阳极和所述第二金属阴极的第二金属层；

所述第二金属阳极和所述第二金属阴极嵌入在所述第二SiN钝化层上，且分别与所述第二AlGaN势垒层相连接；其中，所述第二金属阳极与所述第二AlGaN势垒层肖特基接触，所述第二金属阴极与所述第二AlGaN势垒层欧姆接触；

所述第二金属层与所述第二金属臂一体设置。

根据本发明的一个方面，所述中间连接结构 包括：至少一个中间方环单元；

所述中间方环单元包括：第一金属方环、介质层和第二金属方环；

所述第一金属方环和所述第二金属方环在所述介质层的相对两侧分别设置，且所述第一金属方环和所述第二金属方环的形状和尺寸为一致的；

所述第一金属方环和所述第二金属方环在X方向的宽度为

所述介质层的厚度

根据本发明的一个方面，所述中间连接结构具有M个中间方环单元，且所述中间方环单元呈R×S阵列排布；其中，R×S=M，R，S为正整数；

所述第一电磁响应阵列、所述中间连接结构和所述第二电磁响应阵列满足：

根据本发明的一种方案，利用半导体工艺将二极管与金属结构进行一体化加工，免去二极管的封装和焊接，能够实现微纳米级别的金属结构加工，同时也可以极大减小二极管因为封装和焊接带来的寄生电容电感。

根据本发明的一种方案，本发明从工作带宽和工作频率上看，相比于现有方案，可以实现在超宽频段和更高频段自适应防护功能，且具有低插入损耗和高防护效能的特点。

根据本发明的一种方案，本方案是对能量选择表面的创新性拓展，实现了超宽带和高频段的基于能量选择原理的自适应防护，可以为高频段、超宽带用频设备提供可靠的电磁防护功能，具有重要的理论和工程价值。

根据本发明的一种方案，本方案充分满足在Ku频段具有低插入损耗、高防护效能的要求。

根据本发明的一种方案，本发明可自适应感知空间中电磁场强度，改变自身工作状态：当空间中的电磁场能量小于开关阈值时，该装置在工作频段提供一个通带，信号通过通带被系统接收；当能量大于开关阈值时，通带关闭，信号在全频段内被反射。其中，本发明主要是利用二极管在电磁辐照下导通前后的等效电容和电阻与电磁结构构成不同的谐振电路，实现能量选择表面在Ku频段超宽频带的低插入损耗和高防护效能的目标。

根据本发明的一种方案，可以实现Ku频段电磁能量选择的效果，即能够自适应地根据空间场强改变自身工作状态，允许Ku频段小功率信号低损耗通过，而阻止Ku频段强电磁能量的进入。

根据本发明的一种方案，本发明能够减小能量选择表面在超宽频段和高频段对小信号的插入损耗，同时提高防护效能。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方式的微纳混合集成能量选择表面的结构图；

图2是根据本发明的一种实施方式的第一电磁响应阵列的结构图；

图3是根据本发明的一种实施方式的第一电磁响应单元的结构图；

图4是根据本发明的一种实施方式的第二电磁响应阵列的结构图；

图5是根据本发明的一种实施方式的第二电磁响应单元的结构图；

图6是根据本发明的一种实施方式的第一半导体介质层的结构图；

图7是根据本发明的一种实施方式的第二半导体介质层的结构图；

图8是根据本发明的一种实施方式的第一金属方环或第二金属方环的结构图；

图9是根据本发明的一种实施方式的小功率信号插入损耗测试结果图；

图10是根据本发明的一种实施方式的大功率信号防护效能测试结果图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

结合图1、图2、图3、图4和图5所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种Ku频段的微纳混合集成能量选择表面，包括：第一电磁响应阵列1，与第一电磁响应阵列1相连接的中间连接结构2，与中间连接结构2相连接的第二电磁响应阵列3。在本实施方式中，第一电磁响应阵列1的主要作用是感应电磁波同时提供电磁防护能力，第二电磁响应阵列3的作用与第一电磁响应阵列1的作用相同，第二电磁响应阵列3可在第一电磁响应阵列1之后响应，将漏过去的电磁波进一步隔离起到二次电磁屏蔽作用。在本实施方式中，第一电磁响应阵列1包括：至少一个第一电磁响应单元11；其中，第一电磁响应单元11包括：第一半导体介质层111，在第一半导体介质层111一侧面设置的第一十字金属结构112，集成在第一半导体介质层111上的第一二极管113。在本实施方式中，第一十字金属结构112的第一金属臂112a设置有第一缝隙，且第一缝隙的相对两端用于与第一二极管113的两个电极分别连接；从而实现了第一十字金属结构112与第一二极管113的连通。在本实施方式中，为方便第一二极管113与第一十字金属结构112的连接。第一二极管113集成在第一半导体介质层111上时，第一二极管113与第一缝隙相对应的处于第一十字金属结构112的下方，从而方便的实现第一半导体介质层111、第一二极管113和第一十字金属结构112的一体式加工，有效的减少了焊接普通二极管的需要。

在本实施方式中，第二电磁响应阵列3包括：至少一个第二电磁响应单元31；其中，第二电磁响应单元31包括：第二半导体介质层311，在第二半导体介质层311一侧面设置的第二十字金属结构312，集成在第二半导体介质层311上的第二二极管313。在本实施方式中，第二十字金属结构312的第二金属臂312a设置有第二缝隙，且第二缝隙的相对两端用于与第二二极管313的两个电极分别连接；从而实现了第二十字金属结构312与第二二极管313的连接。第二二极管313集成在第二半导体介质层311上时，第二二极管313与第二缝隙相对应的处于第二十字金属结构312的下方，从而方便的实现第二半导体介质层311、第二二极管313和第二十字金属结构312的一体式加工，有效的减少了焊接普通二极管的需要。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一电磁响应阵列1和第二电磁响应阵列3在中间连接结构2的相对两侧分别连接；其中，第一十字金属结构112在第一半导体介质层111远离中间连接结构2的一侧设置，第二十字金属结构312在第二半导体介质层311远离中间连接结构2的一侧设置。通过上述设置，使得第一十字金属结构112和第二十字金属结构312处于能量选择表面的两个外侧面上。

结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，第一十字金属结构112的四个第一金属臂112a分别设置有第一缝隙，且第一二极管113与第一缝隙一一对应设置。在本实施方式中，四个第一金属臂112a相互垂直的连接以构成十字结构，其中，每个第一缝隙距离十字结构中心的距离是相同的。在本实施方式中，第一缝隙的宽度与第一二极管113的尺寸是相匹配的。

在本实施方式中，第二十字金属结构312的四个第二金属臂312a分别设置有第二缝隙，且第二二极管313与第二缝隙一一对应设置。在本实施方式中，四个第二金属臂312a相互垂直的连接以构成十字结构，其中，每个第二缝隙距离十字结构中心的距离是相同的。在本实施方式中第二缝隙的宽度与第二二极管313的尺寸是相匹配的。

根据本发明的一种实施方式，沿第一电磁响应阵列1的同一方向，第一二极管113与第一十字金属结构112相连接的正负极方向为一致的。例如，与X方向相平行的第一金属臂112a上的第一二极管113的正负极与第一金属臂112a的连接方向可以从左到右或从右到左保持一致的设置。相应的，与Y方向相平行的第一金属臂112a上的第一二极管113的正负极与第一金属臂112a的连接方向可以从前到后或从后到前保持一致的设置。

根据本发明的一种实施方式，沿第二电磁响应阵列3的同一方向，第二二极管313与第二十字金属结构312相连接的正负极方向为一致的。例如，与X方向相平行的第二金属臂312a上的第二二极管313的正负极与第二金属臂312a的连接方向可以从左到右或从右到左保持一致的设置。相应的，与Y方向相平行的第二金属臂312a上的第二二极管313的正负极与第二金属臂312a的连接方向可以从前到后或从后到前保持一致的设置。

结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，第一十字金属结构112在X轴方向的长度

在本实施方式中，第二十字金属结构312的尺寸与第一十字金属结构112的尺寸是存在差异的，其中，第二十字金属结构312在X轴方向的长度

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一半导体介质层111起到支撑作用，同时也是第一十字金属结构112加工的基板。第二半导体介质层311起到支撑作用，同时也是第二十字金属结构312加工的基板。在本实施方式中，第一半导体介质层111和第二半导体介质层311的厚度为一致的，且满足：0.5mm≤

结合图1、图2、图3、图4和图5所示，根据本发明的一种实施方式，第一电磁响应阵列1具有L个第一电磁响应单元11，且第一电磁响应单元11呈P×Q阵列排布；其中，P×Q=L，P，Q为正整数且满足P×Q≥2。在本实施方式中，多个第一电磁响应单元11是相互连接的，其中，第一十字金属结构112相互导通。以及，多个第一电磁响应单元11的第一半导体介质层111也可以设置为一体的，方便实现一体式加工。

在本实施方式中，第二电磁响应阵列3具有N个第二电磁响应单元31，且第二电磁响应单元31呈W×V阵列排布；其中，W×V=N，W，V为正整数且满足W×V≥2。在本实施方式中，多个第二电磁响应单元31是相互连接的，其中，第二十字金属结构312相互导通。以及，多个第二电磁响应单元31的第二半导体介质层311也可以设置为一体的，方便实现一体式加工。

根据本发明的一种实施方式，第一十字金属结构112采用金制成。通过上述设置，有效提高了第一十字金属结构112的导电性，对进一步提高本方案的屏蔽效能更为有益。

根据本发明的一种实施方式，第二十字金属结构312采用金制成。通过上述设置，有效提高了第二十字金属结构312的导电性，对进一步提高本方案的屏蔽效能更为有益。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，根据本发明的一种实施方式，第一半导体介质层111是在蓝宝石材料上进行GaN外延而成的。其中，第一半导体介质层111包括：依次设置的第一蓝宝石衬底111a、第一GaN缓冲层111b、第一GaN沟道层111c、第一AlN层111d、第一AlGaN势垒层111e、第一SiN钝化层111f。在本实施方式中，各层的厚度可根据实际技术指标进行适应性设置，但总厚度需要满足前述厚度范围。在本实施方式中，第一十字金属结构112设置在第一SiN钝化层111f上。

在本实施方式中，第一二极管113为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，其包括：第一金属阳极113a、第一金属阴极113b，以及两个分别连接第一金属阳极113a和第一金属阴极113b的第一金属层113c；其中，第一金属阳极113a和第一金属阴极113b嵌入在第一SiN钝化层111f上，且分别与第一AlGaN势垒层111e相连接；其中，第一金属阳极113a与第一AlGaN势垒层111e肖特基接触，第一金属阴极113b与第一AlGaN势垒层111e欧姆接触，从而构成二极管结构。

在本实施方式中，第一二极管113的长度

在本实施方式中，第一金属阳极113a和第一金属阴极113b的截面形状均为阶梯状，其中，面积较大的一端的端面与第一SiN钝化层111f的表面相齐平的设置，以方便与第一金属层113c的连接，而面积较小的一端与下层的第一AlGaN势垒层111e相连接。其中，由于第一金属阳极113a和第一金属阴极113b的端面与第一SiN钝化层111f的表面是齐平的，进而通过将第一金属层113c铺设在第一SiN钝化层111f的表面上即可实现与第一金属阳极113a和第一金属阴极113b的连接。在本实施方式中，第一金属层113c与第一金属臂112a一体设置；通过上述设置，可有效实现第一十字金属结构112与第一二极管113引出结构的一体加工，可有效消除相互之间的焊接等连接工序，极大的简化了本发明的制备流程。

在本实施方式中，第二半导体介质层311的结构与第一半导体介质层111的结构是一致的，其也是在蓝宝石材料上进行GaN外延而成的。其中，第二半导体介质层311包括：依次设置的第二蓝宝石衬底311a、第二GaN缓冲层311b、第二GaN沟道层311c、第二AlN层311d、第二AlGaN势垒层311e、第二SiN钝化层311f；在本实施方式中，各层的厚度可根据实际技术指标进行适应性设置，但总厚度需要满足前述厚度范围。在本实施方式中，第二十字金属结构312设置在第二SiN钝化层311f上。

在本实施方式中，第二二极管313为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，其包括：第二金属阳极313a、第二金属阴极313b，以及两个分别连接第二金属阳极313a和第二金属阴极313b的第二金属层313c；其中，第二金属阳极313a和第二金属阴极313b嵌入在第二SiN钝化层311f上，且分别与第二AlGaN势垒层311e相连接；其中，第二金属阳极313a与第二AlGaN势垒层311e肖特基接触，第二金属阴极313b与第二AlGaN势垒层311e欧姆接触，从而构成二极管结构。

在本实施方式中，第二二极管313的长度

在本实施方式中，第二金属阳极313a和第二金属阴极313b的截面形状均为阶梯状，其中，面积较大的一端的端面与第二SiN钝化层311f的表面相齐平的设置，以方便与第二金属层313c的连接，而面积较小的一端与下层的第二AlGaN势垒层311e相连接。其中，由于第二金属阳极313a和第二金属阴极313b的端面与第二SiN钝化层311f的表面是齐平的，进而通过将第二金属层313c铺设在第二SiN钝化层311f的表面上即可实现与第二金属阳极313a和第二金属阴极313b的连接。在本实施方式中，第二金属层313c与第二金属臂312a一体设置；通过上述设置，可有效实现第二十字金属结构312与第二二极管313引出结构的一体加工，可有效消除相互之间的焊接等连接工序，极大的简化了本发明的制备流程。

结合图1和图8所示，根据本发明的一种实施方式，中间连接结构2 包括：至少一个中间方环单元2a。在本实施方式中，中间连接结构2是位于中间的电磁耦合结构，其主要作用是增加第一电磁响应阵列1和第二电磁响应阵列3之间的耦合，进而扩大设计的能量选择表面的工作带宽。在本实施方式中，中间连接结构2是通过印制电路板的工艺加工而成的。具体的，中间方环单元2a包括：第一金属方环21、介质层22和第二金属方环23。其中，第一金属方环21和第二金属方环23在介质层22的相对两侧分别设置，且第一金属方环21和第二金属方环23的形状和尺寸为一致的。在本实施方式中，第一金属方环21和第二金属方环23在X方向的宽度为

根据本发明的一种实施方式，中间连接结构2具有M个中间方环单元2a，且中间方环单元2a呈R×S阵列排布；其中，R×S=M，R，S为正整数。在本实施方式中，第一电磁响应阵列1、中间连接结构2和第二电磁响应阵列3满足：

通过上述设置，本发明可以自适应感知空间中电磁场强度，改变自身工作状态：当空间中的电磁场能量小于开关阈值时，该装置上的二极管处于关闭状态，此时该装置对于入射的电磁波类似于一个带通滤波器，可以使通带内的电磁波低损耗透过；当空间电磁波能量大于开关阈值时，该装置上的二极管被电磁波触发而导通，此时该装置对于入射电磁波变成类似带阻滤波器，信号在全频段内被反射，从而阻止大功率信号透过。

根据本发明，通过上述的参数范围设置，有效保证了本发明在工作频段、插入损耗、屏蔽效能等方面具有综合的最佳性能。

为进一步说明本方案，结合附图对本发明进行举例说明。

实施例1

在本实施方式中，本发明的微纳混合集成能量选择表面包括：第一电磁响应阵列1、中间连接结构2和第二电磁响应阵列3。其中，第一电磁响应阵列1具有L个第一电磁响应单元11，且成P×Q阵列排布(P×Q=L，P，Q为正整数且满足P×Q≥2)。在本实施方式中，第一十字金属结构112在X轴方向的长度

在本实施方式中，第一半导体介质层111的厚度

在本实施方式中，第一十字金属结构112采用的材质为金。

在本实施方式中，第一二极管113为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，通过GaN半导体工艺加工而成。

进一步的，中间连接结构2具有M个中间方环单元2a，且中间方环单元2a呈R×S阵列排布；其中，R×S=M，R，S为正整数。每个中间方环单元2a的结构均为一致的，进而，在中间方环单元2a中，第一金属方环21和第二金属方环23在X方向的宽度为

进一步的，第二电磁响应阵列3具有N个第二电磁响应单元31，且第二电磁响应单元31呈W×V阵列排布；其中，W×V=N，W，V为正整数且满足W×V≥2。在本实施方式中，第二十字金属结构312在X轴方向的长度

在本实施方式中，第二半导体介质层311的厚度

在本实施方式中，第二十字金属结构312采用的材质为金。

在本实施方式中，第二二极管313为横向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管，通过GaN半导体工艺加工而成。

进一步的，通过上述设置的第一电磁响应阵列1、中间连接结构2和第二电磁响应阵列3，对其整体尺寸做进一步约束，需要对所包含的第一电磁响应单元11、中间方环单元2a、第二电磁响应单元31的数量进行设置，以使其满足：

基于上述设置制备相应的测试样品，并通过空间开窗测试法对加工的测试样品进行了小功率信号和大功率信号的实验，验证了方案的可行性和实用性。

具体的，图9是实施例1中，测试样品的插入损耗测试结果，图9中横坐标是频率，纵坐标是插入损耗，从图9可以看出本发明设计的能量选择表面的插入损耗在12GHz-18GHz范围内（频率宽度6GHz）内小于1dB，满足在Ku波段的宽带低插入损耗的要求。图10是测试得到的防护效果测试结果，横坐标是频率，纵坐标是防护效能，从图10可以看出在18GHz以下的频率内大于29 dB，且防护效能在14GHz以下都大于35dB，满足在Ku波段的宽带高防护效能的要求。

与参考文献[5]、参考文献[6]、参考文献[7]相比，本发明的工作频段更高可以覆盖Ku频段，而参考文献[6]和参考文献[7]只能工作于C波段以下，参考文献[5]工作于Ku波段以下。可见，本发明的工作带宽更宽，达到了6GHz，插入损耗更小，防护效能更大。对比参数，参见下表1。

表1

参考文献[6] N. Hu et al., "Design of Ultrawideband Energy-SelectiveSurface for High-Power Microwave Protection," in IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters, vol. 18, no. 4, pp. 669-673, April 2019, doi: 10.1109/LAWP.2019.2900760.（用于高功率微波防护的超宽带能量选择表面设计，IEEE天线与无线传播快报）。

参考文献[7] D. Qin, R. Ma, J. Su, X. Chen, R. Yang and W. Zhang, "Ultra-Wideband Strong Field Protection Device Based on Metasurface," in IEEETransactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 62, no. 6, pp. 2842-2848,Dec. 2020, doi: 10.1109/TEMC.2020.3020840. (基于超表面的超宽带强场保护装置，IEEE电磁兼容期刊)。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。