BR112019004165B1 - Superfície seletiva de frequência e antena - Google Patents
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Abstract
A presente invenção revela uma superfície seletiva de frequência FSS. A FSS inclui múltiplas unidades de FSS que estão dispostas uniformemente, e cada unidade de FSS (300) inclui uma chapa dielétrica (301), um emplastro metálico em forma de cruz (302) e N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303). O emplastro metálico em forma de cruz (302) é preso sobre uma primeira superfície da chapa dielétrica (301), e divide a primeira superfície da chapa dielétrica em quatro partes com igual área, e cada parte tem uma mesma quantidade dos emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303). Os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303) estão presos sobre a primeira superfície da chapa dielétrica (301), e estão ordenadamente dispostos, e N é um inteiro positivo potência de 4. Os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz (302) em duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, e tanto um comprimento em cada direção como uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes necessitam satisfazer uma condição específica. A FSS revelada na presente invenção tem maiores largura de banda de transmissão de baixa frequência e largura de banda de reflexão de alta frequência, e tem uma estrutura simples. Portanto, pode ser usada uma tecnologia convencional de placa de circuito impresso (...).
Description
[001] A presente invenção refere-se ao campo de tecnologias de comunicações sem fio e, especialmente, a uma superfície seletiva de frequência (FSS) de dupla ressonância e camada única.
[002] Com o rápido desenvolvimento de tecnologias de comunicações sem fio, a capacidade de transmissão em comunicação ponto-a-ponto de micro-ondas aumenta continuamente, e um dispositivo de micro-ondas de banda de frequência Eband (71 a 76 GHz, 81 a 86 GHz) desempenha um papel cada vez mais importante em uma rede de retorno de estações base. Contudo, uma vez que o “desvanecimento da chuva” em uma onda eletromagnética de banda de frequência Eband é extremamente severo, uma distância de reflexão única de micro-ondas Eband é geralmente menor que 3 quilômetros. Para aumentar a distância de reflexão única de micro-ondas Eband e reduzir custos de implantação de site, é fornecida uma solução na qual o dispositivo de micro-ondas de banda de frequência Eband e outro dispositivo de micro-ondas de baixa frequência são usados cooperativamente. Quando existir uma chuva pesada, mesmo se o dispositivo de micro-ondas Eband não puder funcionar normalmente, o dispositivo de microondas de baixa frequência pode ainda funcionar normalmente.
[003] É usada uma antena parabólica de banda dupla nesta solução, e a estrutura é mostrada na FIG. 1. A antena parabólica de banda dupla inclui um refletor primário e um refletor secundário. Uma alimentação de baixa frequência e uma alimentação de alta frequência partilham o refletor primário. Uma superfície seletiva de frequência (Frequency Selective Surface, FSS) é usada como o refletor secundário. O refletor secundário é projetado como um hiperboloide, um foco virtual do hiperboloide e um foco real do refletor primário são sobrepostos, e as alimentações de diferentes frequências estão dispostas respectivamente no foco virtual e em um foco real do hiperboloide. A FSS transmite uma onda eletromagnética transmitida pela alimentação de baixa frequência localizada no foco virtual, e reflete uma onda eletromagnética transmitida pela alimentação de alta frequência localizada no foco real, de modo a implementar uma função de multiplexação de banda dupla.
[004] A FSS tem uma estrutura de disposição periódica bidimensional e pode efetivamente controlar transmissão e reflexão de uma onda eletromagnética incidente. Existem geralmente dois tipos de FSSs. Um tipo de FSS transmite totalmente uma onda incidente em um caso de ressonância e o outro tipo de FSS reflete totalmente uma onda incidente em um caso de ressonância. A antena parabólica de banda dupla necessita que a FSS tenha tanto uma característica de transmissão de baixa frequência relativamente boa como uma característica de reflexão de alta frequência relativamente boa, para ter uma característica de dupla ressonância. Portanto, os dois tipos de FSS necessitam ser usados cooperativamente.
[005] Uma placa plana de banda dupla que inclui uma FSS de duas camadas é usada em uma solução existente. A placa plana de banda dupla inclui unidades de placa plana de banda dupla que são periodicamente dispostas em sequência ao longo de duas direções mutuamente perpendiculares. Cada unidade de placa plana de banda dupla inclui uma primeira unidade de FSS, uma segunda unidade de FSS e uma chapa dielétrica, e uma estrutura de unidade de placa plana de banda dupla é mostrada na FIG. 2. A primeira unidade de FSS inclui quatro emplastros em anel, cobre uma superfície sobre uma lado da chapa dielétrica, e principalmente fornece uma função de reflexão de alta frequência. A segunda unidade de FSS inclui emplastros quadrados com um sulco circular escavado e emplastros em forma de roda, cobre uma superfície sobre o outro lado da chapa dielétrica, e principalmente fornece uma função de transmissão de baixa frequência. Contudo, uma largura de banda relativa para transmissão de banda de baixa frequência da placa plana de banda dupla é apenas 9%. Além disso, a placa plana usa uma estrutura FSS de camada dupla e isto aumenta a dificuldade de processamento e custos.
[006] Modalidades da presente invenção fornecem uma FSS de dupla ressonância e camada única, de modo a solucionar problemas da existência de apenas 9% de largura de banda relativa durante transmissão de baixa frequência em uma placa plana de banda dupla existente, de uma grande dificuldade de processamento de estrutura de camada dupla e de os custos serem elevados.
[007] De acordo com um primeiro aspecto, é fornecida uma superfície seletiva de frequência (FSS), onde a FSS inclui múltiplas unidades de FSS que estão dispostas uniformemente, cada unidade de FSS inclui uma chapa dielétrica e N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel são presos sobre uma primeira superfície da chapa dielétrica e a unidade de FSS inclui ainda um emplastro metálico em forma de cruz, onde o emplastro metálico em forma de cruz é preso sobre a primeira superfície da chapa dielétrica, e divide a primeira superfície da chapa dielétrica em quatro partes com igual área, cada parte tem uma mesma quantidade dos emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel estão ordenadamente dispostos, e N é um inteiro positivo potência de 4; e os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz nas duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, um comprimento em cada direção é 0,25 a 0,75 vezes um primeiro comprimento de onda, uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes um segundo comprimento de onda, o primeiro comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de transmissão da FSS e que está na chapa dielétrica, e o segundo comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de reflexão da FSS e que está no vácuo.
[008] A largura de banda de transmissão de baixa frequência é maior nas modalidades da presente invenção. Além disso, é usada uma estrutura de camada única, e a estrutura é simples. Portanto, pode ser usada uma tecnologia convencional de placa de circuito impresso para implementação, e a dificuldade de processamento e custos são reduzidos.
[009] Com referência ao primeiro aspecto, em uma primeira possível implementação do primeiro aspecto, um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel é 0,5 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central está localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
[0010] Com referência ao primeiro aspecto, em uma segunda possível implementação do primeiro aspecto, uma espessura da chapa dielétrica é metade do primeiro comprimento de onda. Nas modalidades da presente invenção, a reflexão da onda eletromagnética transmitida a partir de uma faceta frontal da chapa dielétrica é mutuamente compensada com aquela proveniente de uma faceta posterior da chapa dielétrica e, portanto, a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência é aumentada.
[0011] Com referência ao primeiro aspecto, ou à primeira ou à segunda possível implementação do primeiro aspecto, em uma terceira possível implementação do primeiro aspecto, a chapa dielétrica na unidade de FSS tem N orifícios, as posições dos N orifícios estão em uma correspondência um-para-um com as posições dos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, e uma área do orifício é menor que uma área do anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel. Nas modalidades da presente invenção, um valor Q equivalente de um circuito equivalente de passagem de banda de baixa frequência pode ser reduzido, de modo a aumentar ainda mais a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência.
[0012] Com referência à terceira possível implementação do primeiro aspecto, em uma quarta possível implementação do primeiro aspecto, os centros dos N orifícios estão respectivamente localizados em posições centrais da chapa dielétrica cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel. Portanto, o efeito de aumentar a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência é melhor.
[0013] Com referência ao primeiro aspecto, ou à primeira ou à segunda possível implementação do primeiro aspecto, em uma quinta possível implementação do primeiro aspecto, quando N é igual a 4, o comprimento do emplastro metálico em forma de cruz em cada direção é 0,3 a 0,6 vezes o primeiro comprimento de onda; e o perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel é 1,0 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central está localizada no meio entre o anel externo e o anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado- anel. O tamanho do emplastro é ainda limitado nas modalidades, de modo a melhor se adaptar a um caso específico no qual a unidade de FSS inclui quatro emplastros metálicos em forma de quadrado-anel. Deste modo, a unidade de FSS nas modalidades pode obter maior largura de banda de transmissão de baixa frequência.
[0014] Com referência ao primeiro aspecto, ou à primeira ou à segunda possível implementação do primeiro aspecto, em uma sexta possível implementação do primeiro aspecto, quando N é igual a 16, o comprimento do emplastro metálico em forma de cruz em cada direção é 0,4 a 0,7 vezes o primeiro comprimento de onda; e o perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel é 0,7 a 1,3 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central está localizada no meio entre o anel externo e o anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado- anel. O tamanho do emplastro é ainda limitado nas modalidades, de modo a melhor se adaptar a um caso específico no qual a unidade de FSS inclui 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel. Deste modo, a unidade de FSS nas modalidades pode obter maior largura de banda de transmissão de baixa frequência.
[0015] De acordo com um segundo aspecto, é fornecida uma antena, onde a antena inclui um refletor primário, uma superfície seletiva de frequência (FSS), e uma alimentação de baixa frequência e uma alimentação de alta frequência partilham o refletor primário, onde a FSS inclui múltiplas unidades de FSS que estão uniformemente dispostas, cada unidade de FSS inclui uma chapa dielétrica e N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel são presos sobre uma primeira superfície da chapa dielétrica, e a unidade de FSS inclui ainda um emplastro metálico em forma de cruz, onde o emplastro metálico em forma de cruz é preso sobre a primeira superfície da chapa dielétrica, e divide a primeira superfície da chapa dielétrica em quatro partes com uma área igual, cada parte tem uma mesma quantidade de emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel estão dispostos ordenadamente, e N é um inteiro positivo potência de 4; e os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz em duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, um comprimento em cada direção é 0,25 a 0,75 vezes um primeiro comprimento de onda, uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes um segundo comprimento de onda, o primeiro comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de transmissão da FSS e que está na chapa dielétrica, e o segundo comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de reflexão da FSS e que está no vácuo.
[0016] A largura de banda de transmissão de baixa frequência é maior nas modalidades da presente invenção. Além disso, é usada uma estrutura de camada única, e a estrutura é simples. Portanto, pode ser usada uma tecnologia convencional de placa de circuito impresso para implementação, e a dificuldade de processamento e custos são reduzidos.
[0017] Com referência ao segundo aspecto, em uma primeira possível implementação do segundo aspecto, um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel é 0,5 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central está localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
[0018] Com referência ao segundo aspecto, em uma segunda possível implementação do segundo aspecto, uma espessura da chapa dielétrica é metade do primeiro comprimento de onda. Nas modalidades da presente invenção, a reflexão da onda eletromagnética transmitida a partir de uma faceta frontal da chapa dielétrica é mutuamente compensada com aquela proveniente de uma faceta posterior da chapa dielétrica e, portanto, a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência é aumentada.
[0019] Com referência ao segundo aspecto, ou à primeira ou à segunda possível implementação do segundo aspecto, em uma terceira possível implementação do segundo aspecto, a chapa dielétrica na unidade de FSS tem N orifícios, as posições dos N orifícios estão em uma correspondência um-para-um com as posições dos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, e uma área do orifício é menor que uma área do anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel. Nas modalidades da presente invenção, um valor Q equivalente de um circuito equivalente de passagem de banda de baixa frequência pode ser reduzido, de modo a aumentar ainda mais a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência.
[0020] Com referência à terceira possível implementação do segundo aspecto, em uma quarta possível implementação do segundo aspecto, os centros dos N orifícios estão respectivamente localizados em posições centrais da chapa dielétrica cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel. Portanto, o efeito de aumentar a largura de banda de transmissão da banda de baixa frequência é melhor.
[0021] Maior largura de banda de transmissão de baixa frequência pode ser fornecida nas modalidades da presente invenção. Além disso, é usada uma estrutura de camada única, e a estrutura é simples. Portanto, pode ser usada uma tecnologia convencional de placa de circuito impresso para implementação, e existem vantagens que incluem uma menor dificuldade de processamento e menores custos de processamento.
[0022] Para descrever mais claramente as soluções técnicas nas modalidades da presente invenção ou no estado da técnica, a seguir são descritos resumidamente os desenhos anexos necessários para descrever as modalidades ou o estado da técnica. Aparentemente, os desenhos anexos na descrição a seguir mostram meramente algumas modalidades da presente invenção, e uma pessoa versada na técnica pode ainda obter outros desenhos a partir destes desenhos anexos sem esforços criativos.
[0023] A FIG. 1 é um diagrama estrutural esquemático de uma antena parabólica de banda dupla;
[0024] a FIG. 2 é um diagrama de uma estrutura tridimensional de uma unidade de placa plana de banda dupla;
[0025] a FIG. 3(a) é um diagrama esquemático de uma estrutura tridimensional de uma unidade de FSS de acordo com a presente invenção;
[0026] a FIG. 3(b) é um diagrama esquemático de uma estrutura planar de uma unidade de FSS de acordo com a presente invenção;
[0027] a FIG. 4 é um diagrama esquemático de uma estrutura tridimensional de uma unidade de FSS de acordo com a presente invenção;
[0028] a FIG. 5 é um diagrama esquemático de uma estrutura planar formada após a FIG. 3(b) ser expandida;
[0029] a FIG. 6 é um diagrama de uma estrutura planar de um único emplastro metálico em forma de quadrado-anel;
[0030] a FIG. 7(a) é um diagrama de simulação de coeficientes de reflexão de banda de baixa frequência de acordo com uma modalidade da presente invenção; e
[0031] a FIG. 7(b) é um diagrama de simulação de coeficientes de transmissão de banda de alta frequência de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0032] A seguir descreve-se clara e completamente as soluções técnicas nas modalidades da presente invenção com referência aos desenhos anexos nas modalidades da presente invenção. Aparentemente, as modalidades descritas são uma parte ao invés de todas as modalidades da presente invenção. Todas as outras modalidades obtidas por uma pessoa versada na técnica baseada nas modalidades da presente invenção sem esforços criativos devem cair dentro do âmbito de proteção da presente invenção.
[0033] Na descrição a seguir, para ilustrar ao invés de limitar, detalhes específicos tal como uma estrutura particular de sistema, são fornecidas uma interface e uma tecnologia para se ter uma compreensão completa da presente invenção. Contudo, uma pessoa versada na técnica deverá saber que a presente invenção pode ser executada em outras modalidades sem estes detalhes específicos. Em outros casos, descrições detalhadas de aparelhos, circuitos e métodos bem conhecidos são omitidas, de modo que a presente invenção seja descrita sem ser obscurecida por detalhes desnecessários.
[0034] Deverá ser entendido que números ordinais tais como “primeiro” e “segundo”, se mencionados nas modalidades da presente invenção, são apenas usados para distinção, a não ser que os números ordinais definitivamente representem uma sequência de acordo com o contexto.
[0035] Para facilitar a compreensão de uma pessoa versada na técnica, as modalidades a seguir são usadas na presente invenção para descrever as soluções técnicas fornecidas na presente invenção.
[0036] A FIG. 1 mostra um diagrama estrutural de uma antena parabólica de banda dupla. Pode ser visto a partir da figura que a antena parabólica de banda dupla inclui um refletor primário e um refletor secundário, e uma alimentação de baixa frequência e uma alimentação de alta frequência partilham o refletor primário. Uma FSS fornecida nas modalidades da presente invenção pode ser usada como o refletor secundário. O refletor secundário é projetado como um hiperboloide, um foco virtual do hiperboloide e um foco real do refletor primário são sobrepostos, e as alimentações de diferentes frequências são respectivamente dispostas no foco virtual e no foco real do hiperboloide. A FSS transmite uma onda eletromagnética transmitida pela alimentação de baixa frequência no foco virtual, e reflete uma onda eletromagnética transmitida pela alimentação de alta frequência localizada no foco real, de modo a implementar uma função de multiplexação de banda dupla.
[0037] Uma modalidade da presente invenção fornece uma FSS, e a FSS inclui unidades de FSS que estão uniformemente dispostas. Cada unidade de FSS inclui uma chapa dielétrica e N emplastros metálicos em forma de quadrado- anel, e os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel são presos sobre uma primeira superfície da chapa dielétrica. A FIG. 3(a) e a FIG. 3(b), respectivamente, mostram um diagrama de uma possível estrutura tridimensional e um diagrama de uma possível estrutura planar da unidade de FSS. Uma unidade de FSS 300 inclui ainda um emplastro metálico em forma de cruz 302.
[0038] O emplastro metálico em forma de cruz 302 é preso sobre uma primeira superfície de uma chapa dielétrica 301, e divide a primeira superfície da chapa dielétrica 301 em quatro partes com uma área igual, cada parte tem uma mesma quantidade de emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 são ordenadamente dispostos, e N é um inteiro positivo potência de 4. Os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz 302 em duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, um comprimento em cada direção é 0,25 a 0,75 vezes um primeiro comprimento de onda, uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes um segundo comprimento de onda, o primeiro comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de transmissão da FSS e que está na chapa dielétrica 301, e o segundo comprimento de onda é um comprimento de onda que é correspondente a uma frequência central de banda de reflexão da FSS e que está no vácuo.
[0039] Especificamente, uma relação entre uma frequência (f) e um comprimento de onda (X) é v = f x X, e v representa uma velocidade da luz em um dielétrico. No vácuo, v é igual à velocidade da luz, isto é, 3 x 108 m/s. Em um dielétrico, v está relacionado com um índice de refração do dielétrico. Se um índice de refração da chapa dielétrica 301 for n, então v = Velocidade da luz/n.
[0040] Uma estrutura completa da FSS é mostrada na FIG. 4. Pode ser visto a partir da FIG. 4 que a FSS inclui as unidades de FSS 300 que são periodicamente dispostas ao longo de um eixo geométrico x e em seguida periodicamente dispostas ao longo de um eixo geométrico y, ou primeiro periodicamente dispostas ao longo do eixo geométrico y e em seguida periodicamente dispostas ao longo do eixo geométrico x.
[0041] Deverá ser entendido que uma unidade de FSS 300 que inclui 16 emplastros metálicos em forma de quadrado- anel 303 é usada como um exemplo na FIG. 3(a) e na FIG. 3(b), e que uma quantidade específica de emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 não é limitada. Na verdade, uma quantidade dos emplastros metálicos em forma de quadrado- anel 303 incluídos em cada unidade de FSS 300 pode ser 4, 16, 64, ou similar, e necessita ser definida de acordo com um caso específico.
[0042] A FIG. 5 é um diagrama esquemático parcial obtido após as unidades de FSS mostradas na FIG. 3(b) estarem periodicamente dispostas ao longo do eixo geométrico x e do eixo geométrico y em sequência. Na FIG. 5, uma parte na qual estão localizados 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 no meio e um emplastro metálico em forma de cruz é a unidade de FSS 300 mostrada na FIG. 3(b).
[0043] Especificamente, os emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 são metálicos e periodicamente dispostos. Portanto, os emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 podem ser equivalentes a indutores, e as aberturas entre os emplastros metálicos em forma de quadrado- anel 303 podem ser equivalentes a capacitores. Após disposição periódica, a estrutura de FSS pode ser equivalente a capacitores e indutores que estão conectados em série. Uma vez que o tamanho de um emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 é pequeno, um circuito equivalente do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 gera ressonância série para uma banda de alta frequência (por exemplo, uma frequência de aproximadamente 80 GHz). Toda a estrutura de FSS é equivalente a uma parede e, portanto, apresenta uma boa característica de reflexão. As aberturas entre o emplastro metálico em forma de cruz 302 e os emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 podem formar aberturas de “grades 2x2” (como ilustrado por linhas sólidas em uma grade 2x2 no canto inferior direito na FIG. 5). As aberturas de “grades 2x2” podem ser equivalentes a capacitores, e o metal entres as aberturas de “grades 2x2” podem ser equivalentes a um indutor. Após disposição periódica, a estrutura de FSS pode ser equivalente a capacitores e indutores que estão conectados em paralelo. Uma vez que o tamanho da abertura de “grades 2x2” é grande, um circuito equivalente da abertura gera ressonância paralela para uma banda de baixa frequência (por exemplo, uma banda de frequência de aproximadamente 20 GHz). Toda a estrutura de FSS é considerada como inexistente e, portanto, apresenta uma boa característica de transmissão.
[0044] Além disso, nesta modalidade da presente invenção, a quantidade dos emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 incluídos em cada unidade de FSS 300 é um inteiro positivo potência de 4. Isto pode garantir que os emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 são uniformemente presos nas quatro regiões que são obtidas pelo emplastro em forma de cruz por meio de divisão e que estão sobre a primeira superfície da chapa dielétrica 301, e pode garantir que as larguras de todas as aberturas estão dentro de um escopo de projeto, de modo que possa ocorrer ressonância tanto em uma banda de baixa frequência como em uma banda de alta frequência. Deste modo, a FSS fornecida nesta modalidade da presente invenção tem uma característica de reflexão de alta frequência e uma característica de transmissão de baixa frequência.
[0045] Opcionalmente, uma espessura da chapa dielétrica 301 é metade do primeiro comprimento de onda, e o primeiro comprimento de onda é o comprimento de onda que corresponde à frequência central de banda de transmissão da FSS e que está na chapa dielétrica 301. Quando é usada a chapa dielétrica 301 com a espessura que é metade do primeiro comprimento de onda, a reflexão da faceta frontal e a reflexão da faceta posterior têm a mesma amplitude e fases opostas e, portanto, a reflexão da onda eletromagnética transmitida a partir de uma faceta frontal é mutuamente compensada com aquela de uma faceta posterior, de modo a aumentar a largura de banda de transmissão da FSS.
[0046] Além disso, N orifícios 304 podem ser projetados sobre a chapa dielétrica 301. Como mostrado na FIG. 3(a) e na FIG. 3(b), os N orifícios 304 estão em uma correspondência um-para-um com os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, de modo que um valor Q equivalente de um circuito equivalente de passagem de banda (ressonância série) em uma banda de baixa frequência pode ser reduzido. Consequentemente, a largura de banda de transmissão é aumentada ainda mais. Os centros dos N orifícios 304 estão respectivamente localizados em posições centrais da chapa dielétrica 301 cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303. Uma observação ao longo de uma direção perpendicular à primeira superfície da chapa dielétrica 301 mostra que os centros dos orifícios 304 e os centros dos emplastros metálicos em forma de quadrado- anel 303 estão sobrepostos.
[0047] Deverá ser entendido que, para facilidade de implementação, o orifício 304 é circular. Contudo, outro formato pode também aumentar a largura de banda de transmissão da FSS. Portanto, um formato do orifício 304 não é limitado nesta modalidade da presente invenção.
[0048] Opcionalmente, para obter melhor desempenho de reflexão de alta frequência e melhor desempenho de transmissão de baixa frequência em uma banda de alta frequência (aproximadamente 80 GHz) e uma banda de baixa frequência (aproximadamente 18 GHz) nas quais a antena de banda dupla geralmente opera, os tamanhos do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 e do emplastro metálico em forma de cruz 302 e uma relação de posição entre aqueles são adicionalmente definidos em dois casos típicos nos quais a unidade de FSS 300 inclui separadamente 4 e 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303:
[0049] (1) Quando a unidade de FSS 300 inclui 4 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz 302 nas duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, e o comprimento em cada direção é 0,3 a 0,6 vezes o primeiro comprimento de onda. Um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 é 1,0 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a largura da abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes o segundo comprimento de onda.
[0050] (2) Quando a unidade de FSS 300 inclui 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz 302 nas duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, e o comprimento em cada direção é 0,4 a 0,7 vezes o primeiro comprimento de onda. Um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 é 0,7 a 1,3 vezes o segundo comprimento de onda, e a largura da abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes o segundo comprimento de onda.
[0051] Deverá ser observado que o primeiro comprimento de onda é o comprimento de onda que é correspondente à frequência central de banda de transmissão da FSS e que está na chapa dielétrica 301, e o segundo comprimento de onda é o comprimento de onda que é correspondente à frequência central de banda de reflexão da FSS e que está no vácuo. Uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 é ilustrada por uma linha tracejada na FIG. 6 e está localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303.
[0052] Além disso, uma frequência central de banda de reflexão específica e uma frequência central de banda de transmissão específica podem ser mais bem adaptadas mediante ajuste de quatro parâmetros: o perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303, uma distância central entre emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 adjacentes (isto é, a soma de um comprimento lateral do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 e uma largura de uma abertura entre os emplastros adjacentes), um comprimento total do emplastro metálico em forma de cruz 302 (uma soma dos comprimentos nas duas direções mutuamente perpendiculares), e uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes. Por exemplo, a unidade de FSS 300 inclui 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 e opera em uma frequência central de banda de reflexão de 80 GHz e uma frequência central de banda de transmissão de 18 GHz. Neste caso, o efeito é melhor no seguinte modo de configuração: O perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel 303 é configurado para 0,96X1, a distância central entre emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 adjacentes para 0,33X1, o comprimento total do emplastro metálico em forma de cruz 302 para 1,09X2 e a largura da abertura entre emplastros adjacentes para 0,015X2. X1 é um comprimento de onda no vácuo correspondente a 80 GHz e é especificamente 3,75 mm. X2 é um comprimento de onda de dielétrico correspondente a 18 GHz. Se a constante dielétrica relativa da chapa dielétrica 301 é 2,8, um valor específico de X2 é 9,69 mm.
[0053] Na mesma condição, se a frequência central de banda de reflexão permanece inalterada, mas a frequência central de banda de transmissão muda para 15 GHz, o efeito é melhor no seguinte modo de configuração: O perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado- anel 303 é configurado para 1,28X1, a distância central entre emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303 adjacentes para 0,41X1, o comprimento total do emplastro metálico em forma de cruz 302 para 1,09X2 e a largura da abertura entre emplastros adjacentes para 0,013X2. Neste caso, X1 é ainda 3,75 mm. Se a constante dielétrica relativa da chapa dielétrica 301 for ainda 2,8, o valor específico de X2 muda para 11,95 mm.
[0054] Além disso, em um exemplo no qual a unidade de FSS 300 inclui 16 emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, a espessura da chapa dielétrica 301 é metade do primeiro comprimento de onda, os N orifícios 304 são projetados sobre a chapa dielétrica 301, as posições dos N orifícios 304 são respectivamente correspondentes aos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303, e os centros dos N orifícios 304 estão localizados respectivamente nas posições centrais da chapa dielétrica 301 cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel 303. Neste caso, o desempenho de transmissão de baixa frequência e o desempenho de reflexão de alta frequência da FSS são respectivamente mostrados na FIG. 7(a) e na FIG. 7(b). A FIG. 7(a) e a FIG. 7(b) mostram resultados de simulação nesta modalidade da presente invenção. Pode ser visto a partir da FIG. 7(a) que, quando um coeficiente de reflexão é menor que -10 dB, uma banda de operação é desde 16,22 GHz até 21,26 GHz, uma largura de banda absoluta é 21,26 - 16,22 = 5,04 GHz, e uma frequência central é 18,74 GHz. Portanto, uma largura de banda relativa pode alcançar 26,9% (5,04/18,74) e é bem maior que uma largura de banda relativa para transmissão de banda de baixa frequência no estado da técnica. Pode ser visto a partir da FIG. 7(b) que, quando um coeficiente de transmissão é menor que -15 dB, uma banda de operação é desde 60 GHz até 110 GHz, uma largura de banda absoluta é 110 - 60 = 50 GHz, e uma frequência central é 85 GHz. Portanto, uma largura de banda relativa pode alcançar 58,8% (50/85) e é também maior que uma largura de banda relativa para reflexão de banda de alta frequência no estado da técnica.
[0055] Em conclusão, podem ser fornecidas maiores largura de banda de transmissão de baixa frequência e largura de banda de reflexão de alta frequência nesta modalidade da presente invenção, e o desempenho é melhor que aquele em uma solução de placa plana de banda dupla. Além disso, uma FSS é projetada sobre uma única superfície de uma chapa dielétrica 301, e a estrutura é simples. Portanto, pode ser usada uma tecnologia convencional de placa de circuito impresso para implementação, e existem vantagens que incluem uma baixa dificuldade de processamento e baixos custos de processamento.
[0056] As descrições precedentes são meramente implementações específicas da presente invenção, mas não se destinam a limitar o âmbito de proteção da presente invenção. Qualquer variação ou substituição facilmente descoberta por uma pessoa versada na técnica dentro do âmbito técnico revelado na presente invenção deverá cair dentro do âmbito de proteção da presente invenção. Portanto, o âmbito de proteção da presente invenção deverá ser sujeito ao âmbito de proteção das reivindicações.
Claims (12)
1. Superfície seletiva de frequência (FSS), caracterizada pelo fato de a FSS compreender múltiplas unidades de FSS que estão dispostas uniformemente, cada unidade de FSS (300) compreender uma chapa dielétrica (301) e N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303) e um emplastro metálico em forma de cruz (302), em que o emplastro metálico em forma de cruz (302) é aderido à primeira superfície da chapa dielétrica (301), e divide a primeira superfície da chapa dielétrica em quatro partes, cada parte tendo um mesmo tamanho e uma mesma quantidade dos emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303), em que os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz (302) em duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, um comprimento em cada direção é 0,25 a 0,75 vezes um primeiro comprimento de onda, e uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes um segundo comprimento de onda, o primeiro comprimento de onda sendo um comprimento de onda na chapa dielétrica e correspondente a uma frequência central de banda de transmissão da FSS, e o segundo comprimento de onda sendo um comprimento de onda no vácuo e correspondente a uma frequência central de banda de reflexão da FSS; e os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel são aderidos a uma primeira superfície da chapa dielétrica e estão dispostos uniformemente, N sendo um inteiro positivo potência de 4.
2. FSS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel ser 0,5 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central estar localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
3. FSS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a espessura da chapa dielétrica ser metade do primeiro comprimento de onda.
4. FSS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a chapa dielétrica na unidade de FSS ter N orifícios (304), as posições dos N orifícios estarem em uma correspondência um-para-um com as posições dos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, e uma área do orifício ser menor que uma área de um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
5. FSS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de os centros dos N orifícios estarem respectivamente localizados em posições centrais da chapa dielétrica cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel.
6. FSS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de, quando N for igual a 4, o comprimento do emplastro metálico em forma de cruz em cada direção ser 0,3 a 0,6 vezes o primeiro comprimento de onda; e um perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel ser 1,0 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central estar localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
7. FSS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de, quando N for igual a 16, o comprimento do emplastro metálico em forma de cruz em cada direção ser 0,4 a 0,7 vezes o primeiro comprimento de onda; e um perímetro da linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel ser 0,7 a 1,3 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central estar localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
8. Antena, em que a antena compreende um refletor primário, uma superfície seletiva de frequência (FSS), e uma alimentação de baixa frequência e uma alimentação de alta frequência partilham o refletor primário, caracterizada pelo fato de a FSS incluir múltiplas unidades de FSS que estão uniformemente dispostas, cada unidade de FSS (300) compreendendo uma chapa dielétrica (301) e N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303), e um emplastro metálico em forma de cruz (302), em que o emplastro metálico em forma de cruz (302) é aderido à primeira superfície da chapa dielétrica (301), e divide a primeira superfície da chapa dielétrica em quatro partes, cada parte tendo um mesmo tamanho e uma mesma quantidade de emplastros metálicos em forma de quadrado-anel (303), em que os comprimentos do emplastro metálico em forma de cruz (302) em duas direções mutuamente perpendiculares são iguais, um comprimento em cada direção é 0,25 a 0,75 vezes um primeiro comprimento de onda, e uma largura de uma abertura entre emplastros adjacentes é 0,02 a 0,06 vezes um segundo comprimento de onda, o primeiro comprimento de onda sendo um comprimento de onda na chapa dielétrica e correspondente a uma frequência central de banda de transmissão da FSS, e o segundo comprimento de onda é um comprimento de onda no vácuo e correspondente a uma frequência central de banda de reflexão da FSS; e os N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel são aderidos à primeira superfície da chapa dielétrica e estão dispostos, N sendo um inteiro positivo potência de 4.
9. Antena, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de um perímetro de uma linha central do emplastro metálico em forma de quadrado-anel ser 0,5 a 1,5 vezes o segundo comprimento de onda, e a linha central estar localizada no meio entre um anel externo e um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
10. Antena, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de uma espessura da chapa dielétrica ser metade do primeiro comprimento de onda.
11. Antena, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a chapa dielétrica na unidade de FSS ter N orifícios (304), as posições dos N orifícios estarem em uma correspondência um-para-um com as posições dos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel, e uma área do orifício ser menor que uma área de um anel interno do emplastro metálico em forma de quadrado-anel.
12. Antena, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de os centros dos N orifícios estarem respectivamente localizados em posições centrais da chapa dielétrica cobertos pelos N emplastros metálicos em forma de quadrado-anel.
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