CN104064840A - 小型化带阻型频率选择表面 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化带阻型频率选择表面。该带阻型频率选择表面由若干个相同单元结构在介质基板水平二维方向上周期排列构成，其单元结构包括位于介质基板上表面的一对开口金属环、位于介质基板下表面的一对开口金属环以及金属通孔；构成一对的两个金属环的开口方向相对，上下表面的两对开口金属环在电磁波入射方向上相互垂直交错，单元中心对称分布的四个金属通孔分别将四个金属环的开口端对应上下连接。单元结构提供的电感、电容谐振使得本发明的频率选择表面具有带阻特性，能够阻碍特定频段的空间电磁波传播；同时，该频率选择表面还具有对空间电磁波不同极化、不同入射角频率响应稳定以及小型化的特点。

Description

小型化带阻型频率选择表面
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域。具体涉及一种单元尺寸小型化的带阻型频率选择表面。
背景技术
频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种由谐振单元周期排列组成的二维周期结构。频率选择表面已经在空间滤波器、雷达天线罩、天线反射器、吸波材料等军事和民用领域得到十分广泛的研究和应用。然而，频率选择表面在上述领域内应用时面临一个突出的问题，即在有限区域内使用频率选择表面时，如果频率选择表面的单元尺寸比较大时，有限区域内的单元个数就会比较少，会影响频率选择表面的相关性能，例如：频率选择表面对入射波入射角的低敏感性会恶化。因此，频率选择表面单元尺寸的小型化是近年来的一个研究热点。
传统频率选择表面的谐振单元尺寸可以比拟半个工作波长，需要进一步小型化。针对于此，目前大多数频率选择表面的小型化技术主要是使用曲折单元内金属线、缝隙或者使用外加的集总电容电感元件实现的；前者频率选择表面单元结构的设计十分复杂，后者集总元件电参数会受环境温度、湿度甚至强电磁场的影响；除此以外，还有一类所谓的三维频率选择表面被提出，这类三维频率选择表面大多基于多层介质基板制作，制作难度较大，成本较高；因此，需要进一步设计新型的频率选择表面小型化单元结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化带阻型频率选择表面，实现小型化的同时保证了对不同极化的电磁波频率响应稳定，对电磁波的入射角具有低敏感性的特点。
本发明采用的技术方案如下：
小型化带阻型频率选择表面，由若干个相同单元结构在介质基板水平二维方向上周期排列构成，单元结构包括位于介质基板上表面的一对开口金属环、位于介质基板下表面的一对开口金属环以及金属通孔；构成一对的两个金属环的开口方向相对，上下表面的两对开口金属环在电磁波入射方向上相互垂直交错，单元中心对称分布的四个金属通孔分别将四个金属环的开口端对应上下连接。
开口金属环的形状为规则或者不规则形状。
进一步地，所述开口金属环的形状为矩形或者C形。
本发明所提供的小型化带阻型频率选择表面和现有小型化频率选择表面相比，有益效果在于：可以在一层介质基板上制作，工艺简单，单元结构设计容易，成本低廉。利用金属化通孔连接介质基板上下表面的开口金属环可以使得该频率选择表面的周期单元具有较大的电感，单元中心对称分布的四个金属化通孔则提供了较大的电容，电感电容谐振使得本发明提供的频率选择表面具有带阻特性；另外，较大的电感、电容使得单元尺寸得到了缩小，使得本发明提供的小型化带阻型频率选择表面对电磁波的入射角具有低敏感性，同时介质基板上表面的一对开口金属环和下表面的一对开口金属环从电磁波入射方向看相互垂直，使得本发明提供的小型化带阻型频率选择表面对电磁波的极化具有低敏感性。
附图说明
图1 为根据本发明提出的小型化带阻型频率选择表面一个单元的三维示意图(a)和一个单元的设计参数标注图(b)。
图2 为根据本发明提出的小型化带阻型频率选择表面的三维示意图。
图3 为本发明所提出的小型化带阻型频率选择表面的仿真结果图。
其中，附图标记说明如下：1-介质基板上表面的一对矩形开口金属环；2-介质基板下表面的一对矩形开口金属环；3-连接介质基板上下表面矩形金属环开口端的金属通孔；4-普通介质基板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的一种小型化带阻型频率选择表面实施例进行具体说明：
本发明设计的一种小型化带阻型频率选择表面的一个单元如图1（a）所示，包括介质基板上表面的一对矩形开口金属环1，介质基板下表面的一对矩形开口金属环2，四个连接介质基板上下表面矩形金属环开口端的金属通孔3。矩形金属环的开口方向是相对的，且下表面的一对矩形开口金属环是由上表面的一对矩形开口金属环整体旋转九十度所得，上下表面四个矩形开口金属环的金属细线末端分别通过位于单元中心对称分布的四个金属化通孔对应连接在一起。
如图1（b）所示上下表面的两对矩形开口金属环的线宽为w，矩形开口金属环离单元边缘的距离均为s，同一表面一对矩形开口金属环之间的间距为d，介质基板的厚度为h，金属化通孔两端的焊盘直径为d 1 ，金属化通孔的孔径为d 2 。如图2所示，本发明设计的小型化带阻型频率选择表面是由图1的单元结构在平面二维方向上周期排列组成，图2中只画出4×4个单元示意，实际加工测试需要制作上百个单元。
本发明根据图1设计的带阻谐振频率在2.9GHz的小型化频率选择表面如图2所示，其介质基板的介电常数为4.4，介质基板的厚度为h=1.6mm，其单元结构参数为：p=5mm, w=0.2mm， s=0.1mm，d=0.5mm，d 1 =0.6mm，d 2 =0.3mm。
图3是本发明的仿真结果，图3（a）和（b）分别是对于TE波和TM波入射角从0度变化到60度入射的传输系数曲线，可以看到在2.9GHz频率附近产生了阻带，另外本发明提出的频率选择表面在该实施例中单元尺寸是工作频率2.9GHz对应自由空间波长的0.048，实现了小型化。

Claims (3)

1.小型化带阻型频率选择表面，由若干个相同单元结构在介质基板水平二维方向上周期排列构成，其特征在于，单元结构包括位于介质基板上表面的一对开口金属环、位于介质基板下表面的一对开口金属环以及金属通孔；构成一对的两个金属环的开口方向相对，上下表面的两对开口金属环在电磁波入射方向上相互垂直交错，单元中心对称分布的四个金属通孔分别将四个金属环的开口端对应上下连接。
2.根据权利要求1所述的小型化带阻型频率选择表面，其特征在于，开口金属环的形状为规则或者不规则形状。
3.根据权利要求2所述的小型化带阻型频率选择表面，其特征在于，所述开口金属环的形状为矩形或者C形。
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