CN104051826B - 非对称双层带通型频率选择表面 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非对称双层带通型频率选择表面，属于空间滤波技术领域。本发明的频率选择表面，包括从上至下依次紧密接触的第一频率选择表面阵列层、第一基底介质层、第一粘接层、耦合介质层、第二粘接层、第二基底介质层和第二频率选择表面阵列层，其中，第二频率选择表面阵列层的每个开孔单元的任意两条以上相邻的周期边界上设有条形孔，每个开孔单元上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。该频率选择表面能够实现对两个阻带的透过率进行抑制且靠近通带的阻带透过率更低。
Description
技术领域
本发明属于空间滤波技术领域，具体涉及一种非对称双层带通型频率选择表面。
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金属屏上周期排列的开孔单元构成，其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。
对于某些应用，带通型FSS需要抑制的阻带不只一个而是两个，其中，第一阻带距通带较近，第二阻带距通带较远。当要求第二阻带比第一阻带具有更低的透过率时，通常采用对称双层带通型FSS即可实现，如图1a)所示。对称双层带通型FSS包括从上至下依次紧密接触的第一FSS阵列层、第一基底介质层、第一粘接层、耦合介质层、第二粘接层、第二基底介质层和第二FSS阵列层，第一FSS阵列层和第二FSS阵列层相同且相对于耦合介质层对称，且第一FSS阵列层和第二FSS阵列层均由导电金属屏上周期排列的开孔单元构成。但是，上述双层FSS很难实现第一阻带比第二阻带的透过率低。现有技术中，还有一种单层混合单元FSS，但是上述单层FSS虽然可以使距离通带较近的第一阻带透过率急剧下降，但却无法抑制第二阻带的透过率致使第二阻带成为了第二个通带，如图1b)所示。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种非对称双层带通型频率选择表面，在带通中实现对两个阻带透过率的抑制且靠近通带的阻带透过率更低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
非对称双层带通型频率选择表面，包括从上至下依次紧密接触的第一频率选择表面阵列层、第一基底介质层、第一粘接层、耦合介质层、第二粘接层、第二基底介质层和第二频率选择表面阵列层，所述第二频率选择表面阵列层的每个开孔单元的任意两条以上相邻的周期边界上设有条形孔，每个开孔单元上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。
进一步的，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、偶极子单元或者耶路撒冷单元。
进一步的，所述第一基底介质层和第二基底介质层的材料为刚性介质或柔性塑料薄膜。
进一步的，所述第一粘接层7和第二粘接层9的材料为胶膜或树脂。
进一步的，所述耦合介质层的介电常数小于4。
本发明的工作原理：本发明中的第一FSS阵列层为开孔型FSS，具有现有带通型FSS的传输性能，即越远离通带透过率越低，而第二FSS阵列层为混合型FSS，可在靠近通带处使透过率急剧下降，两种FSS层组合在一起不但通过相互耦合实现了现有对称双层FSS的高Q值滤波特性，同时还保留了各自的传输特点，开孔型FSS保证了远离通带的第二阻带具有较低的透过率，混合型FSS则保证了靠近通带的第一阻带具有更低的透过率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的非对称双层带通型频率选择表面可实现两个阻带透过率抑制且靠近通带的阻带透过率更低，且在现有对称双层FSS的基础上略作改动即可实现，简便易行。
附图说明
图1中，a为现有技术中对称双层带通型FSS的滤波曲线，b为现有技术中单层混合单元FSS的滤波曲线；
图2为本发明非对称双层带通型FSS的结构示意图；
图3中，a)为本发明第一FSS阵列层的局部示意图，b)为本发明第二FSS阵列层的局部示意图；
图4为本发明实施例1的混合单元的尺寸示意图；
图5为本发明实施例1的非对称双层带通型FSS与对比例1的对称双层FSS的透过率仿真曲线。
图中：1、导电金属屏，2、开孔单元，3、条形孔，4，混合单元，5、第一FSS阵列层，6、第一基底介质层，7、第一粘接层、8、耦合介质层，9、第二粘接层，10、第二基底介质层，11、第二FSS阵列层。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合附图对本发明进行详细说明，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
如图2和图3所示，非对称双层带通型FSS包括从上至下依次紧密接触的第一FSS阵列层5、第一基底介质层6、第一粘接层7、耦合介质层8、第二粘接层9、第二基底介质层10和第二FSS阵列层11。其中，第一FSS阵列层5是开孔型FSS，由导电金属屏1上周期排列的开孔单元2构成；第二FSS阵列层11是混合型FSS，由导电金属屏1上周期排列的混合单元4构成，所述混合单元4包括开孔单元2和设在开孔单元2的任意两条以上相邻的周期边界上的条形孔3构成，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，一个开孔单元2上设置的多个条形孔3的宽度可以不同，不同开孔单元2上的条形孔3的开孔位置、方向和尺寸一致，条形孔3将第二FSS阵列层11的导电金属屏1按周期分割，使导电金属屏1不连通，第二FSS阵列层11的开孔单元2和第一FSS阵列层5的开孔单元2相同且相对于耦合介质层8对称。
在确定上述基本结构的前提下，根据具体要求进行FSS的一体化设计，目的是确定最优参数，包括开孔单元2和条形孔3的图形、尺寸、周期、排布方式，耦合介质层8的介电常数，以及各层的厚度。
导电金属屏1的材料可以从金、银、铜、铝等多种良导体中选择。开孔单元2可以根据带宽、角度稳定性等要求选择，如Y孔/环、方孔/环、圆孔/环、偶极子、耶路撒冷等多种单元图形。第一基底介质层6和第二基底介质层10的材料可以是刚性介质，如各种纤维增强树脂复合材料、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。耦合介质层8适宜选择介电常数小于4的低介电常数、低损耗的介质，如聚酰亚胺材料、泡沫材料、蜂窝材料等。第一粘接层7和第二粘接层9的材料可以在各种低损耗的胶膜或树脂中根据要求选择。第一FSS阵列层5和第二FSS阵列层11通常采用成熟的光刻工艺制作，整体多层结构采用模压法或真空袋法等成熟的层合工艺实现。
实施例1
结合图4-5说明实施例1
要求在介电常数为2.95、厚度为31mm的介质上加载FSS后，中心频率f0处透过率较原介质下降不超过10％，第一阻带平均透过率不高于-15dB，第二阻带平均透过率不高于-10dB。
根据上述技术指标计算优化，本发明实施例1得到的最终设计结构如下：第一FSS阵列层5和第二FSS阵列层11的开孔单元2均为十字环单元，如图4所示，外孔长L1＝4.5656mm，外孔宽W1＝2.2652mm，内贴片长L2＝3.8512mm，内贴片宽W2＝1.6886mm，横向周期Dx＝8mm，纵向周期Dy＝8mm，排布方式为正方形排布，条形孔3的宽度d1＝d2＝0.3568mm，条形孔3的长度等于开孔位置的周期边界的长度；第一基底介质层6和第二基底介质层10为聚酰亚胺薄膜，厚度均为25.4um；导电金属屏1为铜层，厚度为18um；第一粘接层7和第二粘接层9均为eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜，厚度为50um；耦合介质层8为Nomex蜂窝板，介电常数1.1，厚度3mm，第一FSS阵列层5和第二FSS阵列层11制作采用光刻工艺，整体多层结构采用真空袋法制作。
对比例1
结合图5说明对比例1
对称双层带通型FSS包括从上至下依次紧密接触的第一FSS阵列层5、第一基底介质层6、第一粘接层7、耦合介质层8、第二粘接层9、第二基底介质层10和第二FSS阵列层11；第一FSS阵列层5和第二FSS阵列层11均由导电金属屏1上周期排列的十字环单元构成，十字环单元的尺寸与对实施例1相同，导电金属屏1、第一基底介质层6、第二基底介质层10、第一粘接层7、第二粘接层9和耦合介质层8均与实施例1相同。
将本发明实施例1制备的非对称双层带通型FSS与对比例1制备的对称双屏FSS进行透过率仿真曲线对比，结果如图5所示，其中，曲线a为对比例1对称双屏FSS结构的透过率仿真曲线，曲线b为实施例1非对称双层带通型FSS的透过率仿真曲线，二者均有一个通带及两个阻带，且通带透过率相差不多。但明显的，对称双屏FSS的第二阻带比第一阻带的透过率低，符合距离通带越远阻带性能越好。而本发明的非对称双层带通型FSS恰恰相反，第一阻带的透过率明显低于第二阻带的透过率，第一阻带平均透过率为-17.1dB，第二阻带的平均透过率为-12.3dB，能够实现两个阻带透过率抑制且靠近通带的阻带透过率更低。
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 (5)
1.非对称双层带通型频率选择表面，包括从上至下依次紧密接触的第一频率选择表面阵列层、第一基底介质层、第一粘接层、耦合介质层、第二粘接层、第二基底介质层和第二频率选择表面阵列层，所述第一频率选择表面阵列层和第二频率选择表面阵列层均为开孔型频率选择表面，且第一频率选择表面阵列层的开孔单元与第二频率选择表面阵列层的开孔单元相对于耦合介质层对称，其特征在于，所述第二频率选择表面阵列层的每个开孔单元的任意两条以上相邻的周期边界上还设有条形孔，每个开孔单元上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。
2.根据权利要求1所述的非对称双层带通型频率选择表面，其特征在于，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、偶极子单元或者耶路撒冷单元。
3.根据权利要求1所述的非对称双层带通型频率选择表面，其特征在于，所述第一基底介质层和第二基底介质层的材料为刚性介质或柔性塑料薄膜。
4.根据权利要求1所述的非对称双层带通型频率选择表面，其特征在于，所述第一粘接层7和第二粘接层9的材料为胶膜或树脂。
5.根据权利要求1所述的非对称双层带通型频率选择表面，其特征在于，所述耦合介质层的介电常数小于4。
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