CN102723540A - 双通带频率选择表面及由其制作的双通带天线罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双通带频率选择表面，其包括第一金属层、两分别覆盖于所述第一金属层的两相对表面的介质层和两分别覆盖于所述两介质层的第二金属层，所述第一金属层开设多个第一圆形孔和第二圆形孔，所述多个第一圆形孔和第二圆形孔各自呈正方形阵列排布，且每一第二圆形孔的圆心为由四个最靠近的第一圆形孔所形成的正方形区域的中心；每一第二金属层包括多个第一圆形片和第二圆形片，所述第一圆形片和第二圆形片的圆心分别正对所述第一金属层的第一圆形孔和第二圆形孔的圆心，从而使此种超材料结构具有双通带特性，且在每一通带内具有高透波的特性。本发明还涉及一种由双通带频率选择表面制作的双通带天线罩。

Description

双通带频率选择表面及由其制作的双通带天线罩

技术领域

本发明涉及一种频率选择表面及由其制作的天线罩，更具体地说，涉及一种双通带频率选择表面及由其制作的双通带天线罩。

背景技术

由于频率选择表面（英文为frequency selective surface，简称FSS）对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，可让其通带内的电磁波呈现全通特性，而让阻带内的电磁波则呈现全反射特性，具有非常好的滤波性能，从而在如制作天线罩、二向色性反射器、人造磁导体、波导滤波器等方面有广泛的应用。而现有的FSS只能让某一频段的电磁波通过，不具有双通带特性。另一方面，随着应用的发展，市场对可让两个频段的电磁波通过的双通带天线罩的需求却与日俱增。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可让两个频段的电磁波通过的双通带频率选择表面及由其制作的双通带天线罩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双通带频率选择表面，其包括第一金属层、两分别覆盖于所述第一金属层的两相对表面的介质层和两分别覆盖于所述两介质层的第二金属层，所述第一金属层开设多个第一圆形孔和第二圆形孔，所述多个第一圆形孔和第二圆形孔各自呈正方形阵列排布，且每一第二圆形孔的圆心为由四个最靠近的第一圆形孔所形成的正方形区域的中心；每一第二金属层包括多个第一圆形片和第二圆形片，所述第一圆形片和第二圆形片的圆心分别正对所述第一金属层的第一圆形孔和第二圆形孔的圆心。

优选地，所述第一圆形孔的直径大于所述第二圆形孔的直径。

优选地，任两最靠近的第一圆形孔或第二圆形孔的圆心的距离为19.5~20.5mm。

优选地，每一第一圆形孔的直径为0.65~1.65mm，每一第二圆形孔的直径为0.45~1.45mm。

优选地，所述第一圆形片的直径大于所述第二圆形片的直径。

优选地，每一第一圆形片的直径为4.75~5.75mm，每一第二圆形片的直径为3.75~4.75mm。

优选地，所述第一金属层和两第二金属层的厚度均为0.018mm，每一第一圆形孔的直径为1.15mm，每一第二圆形孔的直径为0.95mm，每一第一圆形片的直径为5.25mm，每一第二圆形片的直径为4.25mm，任两最靠近的第一圆形孔或第二圆形孔的圆心的距离为20mm。

优选地，所述第一金属层和两第二金属层均由铜制成。

优选地，所述两介质层均是厚度为0.6mm的聚四氟乙烯玻璃纤维布层压板，所述层压板的相对介电常数ε_r为2.65、损耗角正切tanδ为0.001。

一种双通带天线罩，其包括第一金属层、两分别覆盖于所述第一金属层的两相对表面的介质层和两分别覆盖于所述两介质层的第二金属层，所述第一金属层开设多个第一圆形孔和第二圆形孔，所述多个第一圆形孔和第二圆形孔各自呈正方形阵列排布，且每一第二圆形孔的圆心为由四个最靠近的第一圆形孔所形成的正方形区域的中心；每一第二金属层包括多个第一圆形片和第二圆形片，所述第一圆形片和第二圆形片的圆心分别正对所述第一金属层的第一圆形孔和第二圆形孔的圆心。

本发明双通带频率选择表面及由其制作的双通带天线罩具有以下有益效果：所述双通带频率选择表面具有同心的第一圆形孔和第一圆形片、同心的第二圆形孔和第二圆形片两组超材料结构，其中，同心的第一圆形孔和第一圆形片可让一定频段的电磁波通过，而同心的第二圆形孔和第二圆形片可让另一频段的电磁波通过，从而使由此种超材料结构构成的双通带频率选择表面具有双通带特性，且在每一通带内具有高透波的特性。

附图说明

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明双通带频率选择表面的一个结构示意图；

图2是本发明双通带频率选择表面的第一金属层的一个平面示意图；

图3是本发明双通带频率选择表面的第二金属层的一个平面示意图；

图4是本发明双通带频率选择表面的一个单元结构的平面示意图；

图5是本发明双通带频率选择表面的一个单元结构的反射系数S₁₁和透射系数S₂₁随电磁波的频率变化的响应曲线图；

图6是本发明双通带天线罩和置于其内的天线的一个结构示意图。

图中各标号对应的名称为：

10双通带频率选择表面、12、24第一金属层、122第一圆形孔、124第二圆形孔、14、26介质层、16、28第二金属层、162第一圆形片、164第二圆形片、18单元结构、20双通带天线罩、22天线

具体实施方式

如图1所示，本发明双通带频率选择表面10是一多层结构，其包括第一金属层12、两分别覆盖于所述第一金属层12的两相对表面的介质层14和两分别覆盖于所述两介质层14的第二金属层16。

如图2所示，所述第一金属层12可由如铜、银等任何金属导电材料制成，其开设多个第一圆形孔122和第二圆形孔124，如图中空白部分（阴影部分表示金属层）。所述多个第一圆形孔122和第二圆形孔124各自呈正方形阵列排布，且每一第二圆形孔124的圆心为由四个最靠近的第一圆形孔122所形成的正方形区域的中心。所述第一圆形孔122的直径大于所述第二圆形孔124的直径，且每一第一圆形孔的直径为0.65~1.65mm，每一第二圆形孔的直径为0.45~1.45mm；任两最靠近的第一圆形孔122的圆心的距离为19.5~20.5mm，任两最靠近的第二圆形孔124的圆心的距离为19.5~20.5mm，且任两最靠近的第二圆形孔124的圆心的距离等于任两最靠近的第一圆形孔122的圆心的距离。

每一介质层14由聚合物材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等制成，其厚度为0.4~0.8mm。

如图3所示，每一第二金属层16亦可由如铜、银等任何金属导电材料制成，其包括多个第一圆形片162和第二圆形片164，如图中阴影部分。所述多个第一圆形片162和第二圆形片164的圆心分别正对所述第一金属层12的第一圆形孔122和第二圆形孔124的圆心，也即，所述第一圆形片162和第二圆形片164亦呈正方形阵列排布，且所述第二圆形片164的圆心为由四个最靠近的第一圆形片162所形成的正方形区域的中心。所述第一圆形片162的直径大于所述第二圆形片164的直径，且每一第一圆形片162的直径为4.75~5.75mm，每一第二圆形片164的直径为3.75~4.75mm，任两最靠近的第一圆形片162的圆心的距离为19.5~20.5mm，任两最靠近的第二圆形片164的圆心的距离为19.5~20.5mm，且任两最靠近的第二圆形片164的圆心的距离等于任两最靠近的第一圆形片162的圆心的距离。

在所述双通带频率选择表面10上，若我们将所述一个第一圆形片162及其周围四个第二圆形片164的分别以每一第二圆形片164的圆心为中心四等分而形成的四分子一第二圆形片所在方形区域称为一个单元结构18，如图4所示，则所述双通带频率选择表面10便可看作是由多个所述单元结构18阵列而成。

实际制作时，我们可选取两双面均覆有金属层的PCB层压板介质作为所述两介质层14，在其中一块PCB层压板的一侧金属层上通过蚀刻形成所述多个第一圆形孔122和第二圆形孔124，在其另一侧金属层上通过蚀刻形成所述多个第一圆形片162和第二圆形片164，且所述第一圆形片162和第二圆形片164的圆心分别正对所述第一金属层12的第一圆形孔122和第二圆形孔124的圆心。而在另一块PCB层压板的一侧金属层上通过蚀刻形成所述多个第一圆形片162和第二圆形片164，并将其另一侧的金属层蚀刻掉。这时，将所述两PCB层压板叠加在一起，让形成有第一圆形孔122和第二圆形孔124的金属层与另一块PCB层压板上无金属层的一侧贴合，且所述多个第一圆形孔122和第二圆形孔124的圆心分别正对另一块PCB层压板的所述多个第一圆形片162和第二圆形片164的圆心。当然，所述多个第一圆形孔122、第二圆形孔124、第一圆形片162和第二圆形片164还可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式形成。

为了验证本发明双通带频率选择表面10的响应特性，以下我们以一个单元结构18为例来进行仿真测试。在所述单元结构18中，其长度和宽度均等于20mm，也即，任两最靠近的第一圆形孔122和第二圆形孔124的圆心的距离为20mm、任两最靠近的第一圆形片162和第二圆形片164的圆心的距离为20mm。所述两介质层14均是聚四氟乙烯玻璃纤维布层压板（简称F4B板），其相对介电常数ε_r为2.65、损耗角正切tanδ为0.001，厚度分别为0.6mm；所述金属层12、14由铜制成，厚度均为0.018mm，每一第一圆形孔的直径为1.15mm，每一第二圆形孔的直径为0.95mm，每一第一圆形片162的直径为5.25mm，每一第二圆形片164的直径为4.25mm。仿真获得，所述单元结构的反射系数S₁₁和透射系数S₂₁随电磁波的频率变化的曲线图分别如图5所示。从图可知，由于所述双通带频率选择表面10具有同心的第一圆形孔122和第一圆形片162、同心的第二圆形孔124和第二圆形片164两组超材料结构，在8~14GHz频段内出现了两个电磁波的透射高而反射小的通带，其他部分则透射低而反射大，形成阻带，也即，本发明双通带频率选择表面10具有双通带特性，且在每一通带内具有高透波的特性。

此外，尽管图中所示的双通带频率选择表面10呈平板状，但是根据具体情况，我们可通过热压平板状双通带频率选择表面10或者将多块平板型双通带频率选择表面10拼接在一起而使其呈弯曲、球形等各种形状。当然也可使用软性的介质层14来制造呈任意形状的双通带频率选择表面。

请参考图6，为本发明双通带天线罩20，罩设于天线22以对其进行保护。所述天线22可以是贴片天线、缝隙天线、微带天线等任意类型的天线，也可以是由上述天线组成的天线阵，其馈电方式可以是同轴线、缝隙耦合、微带线等，图中所示为一个电磁波的发射源。所述双通带天线罩20由所述双通带频率选择表面10制作而成，也即，其包括第一金属层24、两分别覆盖于所述第一金属层24的两相对表面的介质层26和两分别覆盖于所述两介质层26的第二金属层28，其他同以上对所述双通带频率选择表面10的相关描述。为了保护所述两第二金属层28，可在其上涂覆防酸、防腐、耐磨损等的保护层。

一般，为了美观，天线罩应根据实际需要做成任意形状，也可与天线共形，如图6中的球形，这可通过热压平板型双通带频率选择表面10来制成，也可将多块平板型双通带频率选择表面10拼接在一起而形成各种形状的双通带天线罩20。

以上所述仅是本发明的若干具体实施方式和/或实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如所述两介质层14的厚度也可不相等、所述三个金属层12、16的厚度也可各不相等，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双通带频率选择表面，其包括第一金属层、两分别覆盖于所述第一金属层的两相对表面的介质层和两分别覆盖于所述两介质层的第二金属层，所述第一金属层开设多个第一圆形孔和第二圆形孔，所述多个第一圆形孔和第二圆形孔各自呈正方形阵列排布，且每一第二圆形孔的圆心为由四个最靠近的第一圆形孔所形成的正方形区域的中心；每一第二金属层包括多个第一圆形片和第二圆形片，所述第一圆形片和第二圆形片的圆心分别正对所述第一金属层的第一圆形孔和第二圆形孔的圆心。

2.根据权利要求1所述的双通带频率选择表面，其特征在于，所述第一圆形孔的直径大于所述第二圆形孔的直径。

3.根据权利要求2所述的双通带频率选择表面，其特征在于，任两最靠近的第一圆形孔或第二圆形孔的圆心的距离为19.5~20.5mm。

4.根据权利要求2所述的双通带频率选择表面，其特征在于，每一第一圆形孔的直径为0.65~1.65mm，每一第二圆形孔的直径为0.45~1.45mm。

5.根据权利要求2所述的双通带频率选择表面，其特征在于，所述第一圆形片的直径大于所述第二圆形片的直径。

6.根据权利要求5所述的双通带频率选择表面，其特征在于，每一第一圆形片的直径为4.75~5.75mm，每一第二圆形片的直径为3.75~4.75mm。

7.根据权利要求1所述的双通带频率选择表面，其特征在于，所述第一金属层和两第二金属层的厚度均为0.018mm，每一第一圆形孔的直径为1.15mm，每一第二圆形孔的直径为0.95mm，每一第一圆形片的直径为5.25mm，每一第二圆形片的直径为4.25mm，任两最靠近的第一圆形孔或第二圆形孔的圆心的距离为20mm。

8.根据权利要求1所述的双通带频率选择表面，其特征在于，所述第一金属层和两第二金属层均由铜制成。

9.根据权利要求1所述的双通带频率选择表面，其特征在于，所述两介质层均是厚度为0.6mm的聚四氟乙烯玻璃纤维布层压板，所述层压板的相对介电常数ε_r为2.65、损耗角正切tanδ为0.001。

10.一种双通带天线罩，其是由权利要求1-9中任意一项所述的双通带频率选择表面制作而成。

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