CN103401048B - 混合单元频率选择表面 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合单元频率选择表面，属于微波技术领域，解决了现有技术中单屏频率选择表面的通带和阻带频段很近时难以兼顾通带和阻带的性能，而双屏/多屏频率选择表面结构复杂、损耗大、占用空间、增重大的技术问题。本发明的混合单元频率选择表面由导电金属屏上周期排列的开孔单元构成，每个开孔单元的相邻两条或者四条周期边界上设有条形孔，每个开孔单元的条形孔的开孔位置，方向和尺寸一致，每个条形孔的长边等于条形孔开孔位置的周期边界的长度。本发明的混合单元频率选择表面的结构简单，通带损耗小，阻带抑制效果好，且制备工艺简单。

Description

混合单元频率选择表面

技术领域

本发明涉及一种混合单元频率选择表面，属于微波技术领域。

背景技术

频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，简称FSS)是由周期排列的金属贴片单元或导电金属屏上周期排列的开孔单元构成，这种材料在单元谐振频率附近呈全反射(带阻型FSS)或全传输(带通型FSS)特性，具有空间滤波的功能。利用FSS的这一特性，可以将其应用于飞行器RCS缩减、副反射面天线、微波通信及电磁屏蔽等多个领域。带通型FSS的理想滤波曲线应具有如下特征：在通带内透过率尽可能高，阻带内透过率尽可能低。

如图1所示，现有技术中，常规带通型FSS由导电金属屏2上周期排列的开孔单元1构成，开孔单元1可以为Y环单元、方环单元、圆环单元、Y孔单元、圆孔单元、方孔单元或者耶路撒冷单元。这种结构的FSS，在通带和阻带频段较远时获得理想滤波曲线难度不大，但当通带和阻带频段很近时则很难兼顾通带和阻带的性能。目前，多采用双屏/多屏FSS级联结构实现通带边缘陡降来解决这一难题，然而由于双屏/多屏级联FSS结构复杂，涉及层数多，常常引起通带损耗大，工艺难度大、占用空间、增重较大等一系列问题。

发明内容

本发明的目的是如何提供一种能够兼顾通带和阻带的性能，通带位于Ku频段中的某一段，通带损耗小，f₀处透过率较介质基底下降不超过10％，阻带为X频段全频段，阻带抑制效果好，X波段平均透过率不高于-16dB，且通带和阻带都是宽带的混合单元频率选择表面。

本发明的混合单元FSS，由导电金属屏上周期排列的开孔单元构成，每个开孔单元的相邻两条或者四条周期边界上设有条形孔，每个开孔单元的条形孔的开孔位置，方向和尺寸一致，每个条形孔的长边等于条形孔开孔位置的周期边界的长度。

优选的，所述开孔单元为Y环单元、方环单元、圆环单元、Y孔单元、圆孔单元、方孔单元或者耶路撒冷单元。

优选的，所述导电金属屏的材料为Au、Ag、Cu或者Al。

优选的，所述混合单元FSS采用光刻工艺或印刷电路板工艺制备。

优选的，所述混合单元FSS制备在金属基底介质上。

优选的，所述金属基底介质的材料为纤维/树脂复合材料、石英材料、陶瓷材料或者柔性塑料薄膜。

工作原理：本发明中的混合单元以开孔单元为主体形成了带通FSS传输模式。在开孔单元周围增加条形孔，将原本连通的导电金属屏也按周期分割，构成了开孔单元周围的贴片单元并形成带阻FSS传输模式，通过对条形孔大小及位置的调整，可使带阻FSS的全反射区域恰好位于带通FSS的阻带。这样的阻带比常规传输带通曲线阻带透过率低得多，同时通带性能不但不受影响，还会略有提高。本发明中的混合单元与普通复合单元的不同之处在于，复合单元只是不同形状、大小的贴片单元的组合或不同形状、大小的开孔单元的组合，而混合单元则是开孔单元和贴片单元的组合，单元中的导电金属屏既是开孔单元的基底，又作为独立的贴片单元。

本发明的有益效果：本发明的混合单元FSS的结构简单，能够兼顾通带和阻带的性能，通带损耗小，阻带抑制效果好，且制备工艺简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1中，a为常规带通型FSS单元示意图，b为常规带通型FSS局部示意图；

图2中，a为本发明混合单元FSS单元示意图，b为混合单元FSS局部示意图；

图3为采用常规帯通型FSS的结构的示意图；

图4为采用本发明混合单元FSS的结构的示意图；

图5为本发明实施例的采用混合单元FSS的结构，采用常规带通型FSS的 结构与采用双屏FSS的结构的透过率仿真曲线；

图中：1、开孔单元，2、导电金属屏，3、条形孔，4、金属层，5、金属基底介质，6、第一粘结介质层，7、匹配介质层，8、第二粘接介质层，9、基底介质层。

具体实施方式

下面结合附图2-5对本发明进行详细说明。

如图2所示，本发明的混合单元FSS，由导电金属屏2上周期排列的开孔单元1构成，任意相邻两个开孔单元1的周期边界设有条形孔3，条形孔3的长边与条形孔3开孔位置的周期边界的长度相同。

开孔单元1的图形可以根据带宽、角度稳定性、极化稳定性等具体需求选择，如Y环单元、方环单元、圆环单元、Y孔单元、圆孔单元、方孔单元及耶路撒冷单元等多种图形；导电金属屏2的材料可以是Au、Ag、Cu、Al等多种良导体。

FSS通常采用成熟的光刻工艺或印刷电路板工艺在金属基底介质5上制作形成，本发明混合单元FSS只需在常规帯通型FSS菲林版上增加条形孔3对应的部分即可，其它工艺流程完全相同。

金属基底介质5可以是刚性介质，如石英纤维/氰酸酯树脂、玻璃纤维/环氧树脂各种纤维/树脂复合材料，石英材料，陶瓷材料等，也可以是柔性塑料薄膜，如聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜等。

实施例1

基底介质层9厚30.6mm，介电常数3.2，要求在其上设计制作的FSS在正入射状态下，f₀处透过率较介质基底下降不超过10%，阻带X波段平均透过率不高于-16dB；

根据上述技术指标计算优化得到的采用混合单元FSS的结构，采用常规带通型FSS的结构和采用双屏FSS的结构；如图3、图4所示，采用常规带通型FSS的结构和采用混合单元FSS的结构从上至下都包括金属层4，金属基底介质5，第一粘接介质层6，匹配介质层7，第二粘结介质层8，基底介质层9；不同的是金属层4的结构，采用混合单元FSS的结构的金属层4是由导电金属屏2 上周期排列的开孔单元1构成，每个开孔单元1的相邻两条或者四条周期边界上设有条形孔3，每个开孔单元1的条形孔3的开孔位置，方向和尺寸一致，每个条形孔3的长边等于条形孔3开孔位置的周期边界的长度，整个导电金属屏2不连通；而采用常规帯通型FSS的结构的金属层4是由导电金属屏2上周期排列的开孔单元1构成，整个导电金属屏2是连通的；

其中，导电金属屏2的材料为Cu，厚度12um；金属基底介质5为柔性聚酰亚胺薄膜，介电常数3.1，厚度26.4um；第一粘接介质层6和第二粘结介质层9均为EVA胶膜，介电常数2.6，厚度40um；匹配介质层8为Nomex芳纶蜂窝板，介电常数1.1，厚度3mm；开孔单元2的形状为Y环，L₁为外孔长，W₁为外孔宽，L₂为内贴片长，W₂为内贴片宽，Dx为横向周期，Dy为纵向周期，L₁=2.8339，L₂=2.6047mm，W₁=1.2038mm，W₂=0.6066mm，阵列周期Dx=Dy=8.2mm，排布方式为正方形排布。

对上述采用混合单元FSS的结构，采用常规带通型FSS的结构以及采用双屏FSS的结构分别进行透过率仿真曲线分析，结果如图5所示，其中，曲线a为采用混合单元FSS的结构的透过率仿真曲线，曲线b为采用常规帯通型FSS的结构的透过率仿真曲线，曲线c为采用双屏FSS的结构的透过率仿真曲线，从图5可以看出，正入射状态下，混合单元FSS与常规带通型FSS通带接近，双屏FSS通带损耗略大，三者阻带最优透过率分别为-46.3dB、-17.7dB和-26.9dB，平均透过率分别为-21.6dB、-14.1dB和-20.3dB，说明本发明的混合单元FSS与常规带通型FSS相比，通带性能相当，阻带抑制效果更好；与双屏FSS相比，阻带性能相当、通带损耗更小，但本发明的混合单元FSS工艺较双屏FSS简单，综合来看，本发明的混合单元FSS的结构简单，能够兼顾通带和阻带的性能。

显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.混合单元频率选择表面，从上至下包括金属层(4)，金属基底介质(5)，第一粘接介质层(6)，匹配介质层(7)，第二粘结介质层(8)和基底介质层(9)，其特征在于，

所述金属层(4)由导电金属屏(2)上周期排列的开孔单元(1)构成，每个开孔单元(1)的相邻两条或者四条周期边界上设有条形孔(3)；所述导电金属屏(2)的材料为Cu，厚度12um；所述开孔单元(1)的形状为Y环，外孔长L₁＝2.8339mm，内贴片长L₂＝2.6047mm，外孔宽W₁＝1.2038mm，内贴片宽W₂＝0.6066mm，横向周期Dx＝纵向周期Dy＝8.2mm，排布方式为正方形排布；每个开孔单元(1)的条形孔(3)的开孔位置，方向和尺寸一致，每个条形孔(3)的长边等于条形孔(3)开孔位置的周期边界的长度；

金属基底介质(5)为柔性聚酰亚胺薄膜，介电常数3.1，厚度26.4um；

所述第一粘接介质层(6)和第二粘结介质层(8)均为EVA胶膜，介电常数2.6，厚度40um；

所述匹配介质层(7)为Nomex芳纶蜂窝板，介电常数1.1，厚度3mm。