CN104167576B - 一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构 - Google Patents
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Abstract
一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，它包括第一基材、第二基材，第一基材的正面设有上导电层，第一基材与第二基材之间设有中导电层，第二基材的反面设有下导电层，上导电层、中导电层、下导电层分别由上周期单元、中周期单元、下周期单元周期排布构成；上周期单元由左侧的折线和右侧的上层第一导电金属片和上层第二导电金属片构成，中周期单元由中层导电金属片构成，下周期单元由一系列下层平行导电金属线构成，各层周期单元大小相同且上下重叠排列、边缘对齐。本发明频率选择表面利用各导电金属片之间的面面耦合增大分布电容，减小相对尺寸；折线增大分布电感，增大相对通带带宽；下层平行导电金属线增大频率选择表面交叉极化隔离度。
Description
技术领域
本发明属于频率选择表面设计领域，具体涉及一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构。
背景技术
频率选择表面由于在天线、微波等领域的应用价值已经逐渐成为研究热点。频率选择表面是由一维或二维的周期性结构构成，其传输系数表现为空间结构滤波器。频率选择表面周期性单元尺寸(表现为单元边长与谐振频率波长的相对大小)小型化是频率选择表面一个非常重要的研究方向。单元尺寸越小，频选表面的栅瓣特性越微弱，其大入射角条件下传输系数也将约稳定。
专利号为ZL201110443884.4中提到了一种基于多面互耦合原理的小尺寸周期单元频率选择表面的设计技术，通过设计一种多层频率选择表面，利用不同层导电金属片之间的面－面耦合显著的提高了频率选择表面的等效电容，由于频率选择表面的谐振频率当C显著增大时，f0减小，间接减小了频率选择表面的单元尺寸。上述方法虽然能够显著的减小单元尺寸，但是由于频率选择表面的相对带宽当C显著增大时，相对带宽会逐渐减小。因此，在不采用集总电感元件加载的条件下，设计大相对带宽频率选择表面时，上述单元尺寸小型化技术作用有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有频率选择表面存在的上述不足，提供一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，在显著减小频率选择表面的单元尺寸的同时，还拥有大带宽和大交叉极化隔离度的传输特性。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，它包括第一基材、第二基材，第一基材的正面设有上导电层，第一基材与第二基材之间设有中导电层，第二基材的反面设有下导电层，上导电层由上周期单元周期排布构成，中导电层由中周期单元周期排布构成，下导电层由下周期单元周期排布构成；上周期单元由左侧的折线和右侧的上层第一导电金属片和上层第二导电金属片构成，中周期单元由一个中层导电金属片构成，下周期单元由一系列沿水平方向的下层平行导电金属线构成，各层周期单元大小相同且上下重叠排列、边缘对齐。
按上述方案，所述的折线在上周期单元的垂直方向上呈周期性矩形锯齿状，锯齿数量为3～20个，各锯齿之间间隔相等，折线线宽小于1mm。
按上述方案，所述的折线的首尾两端呈垂直方向，折线的上下边缘与上周期单元的边缘重合，且当两个上周期单元垂直排列时，下方的上周期单元的折线上端与上方的上周期单元的下端对接；折线的左侧与上周期单元的左边缘存在间隙，折线的右侧与上层第一导电金属片和上层第二导电金属片均存在间隙。
按上述方案，所述的上层第一导电金属片和上层第二导电金属片大小相同，在上周期单元内上下排列且边缘对齐，上层第一导电金属片的上边缘与上周期单元上边缘对齐，上层第二导电金属片的下边缘与上周期单元的下边缘对齐，上层第一导电金属片和上层第二导电金属片的中间以及与上周期单元的右边缘均存在间隙。
按上述方案，所述的中层导电金属片位于中周期单元的右侧，其宽度与上周期单元的上层第一导电金属片、上层第二导电金属片相同，且其左右边缘与上层第一导电金属片、上层第二导电金属片的左右边缘对齐，中层导电金属片的上下边缘与中周期单元的上下边缘存在间隙、且上下两端的间隙宽度相同。
按上述方案，所述的下层平行导电金属线的个数大于3且小于15，下层平行导电金属线的左右两侧与下周期单元的左右两侧边缘对齐，最上方的下层平行导电金属线的上边缘与下周期单元的上边缘对齐，最下方的下层平行导电金属线的下边缘与下周期单元的下边缘对齐。
按上述方案，所述的位于最上方及最下方的下层平行导电金属线的宽度相同且小于0.5mm，其余下层平行导电金属线的宽度为最上方的下层平行导电金属线的2倍，各个下层平行导电金属线之间的间距相同。
按上述方案，所述的第一基材、第二基材均为PCB板，两块PCB板的厚度均小于1mm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明频率选择表面结构利用上导电层中的上层第一导电金属片，上层第二导电金属片与中导电层中的中层导电金属片之间的面面耦合，明显增大频率选择表面的分布电容，减小频率选择表面各周期单元的相对尺寸；
2、当各个上周期单元构成频率选择表面的上导电层时，上导电层的上下两个上周期单元上的折线将连接到一起并在频率选择表面上构成一个非常长的折线，上述折线能够明显增大频率选择表面的分布电感，在进一步减小频率选择表面的周期单元尺寸的同时，增大频率选择表面的相对通带带宽；
3、当各个下周期单元构成频率选择表面的下导电层时，下导电层内的上下两两下周期单元上的下层平行导电金属线构成众多等间隔且相互平行的长金属线，这些长金属线能够增大频率选择表面交叉极化隔离度；
4、通过同时提高频率选择表面的等效电容和等效电感，在显著减小频率选择表面的单元尺寸的同时，还拥有大带宽和大交叉极化隔离度的传输特性，可以运用于超小单元尺寸、UHF～Ku频段的单极化且宽通带的频率选择表面的设计。
附图说明
图1为本发明大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构的示意图；
图2为本发明上导电层的上周期性单元的结构示意图；
图3为本发明中导电层的中周期性单元的结构示意图；
图4为本发明下导电层的下周期性单元的结构示意图；
图中，1-上导电层，10-上周期单元，11-折线，12-上层第一导电金属片，13-上层第二导电金属片，2-中导电层，20-中周期单元，21-中层导电金属片，3-下导电层，30-下周期单元，31-下层平行导电金属线，4-第一基材，5-第二基材。
具体实施方式
以下结合附图对本发明频率选择表面周期单元结构做进一步详细的说明。
本发明所述的大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构可以选用四层PCB工艺进行加工，首先将上导电层1、中导电层2加工到第一基材4的正反面，然后将下导电层3加工到第二基材5的反面，然后利用多层PCB粘合工艺将上述第一基材4、第二基材5粘合，即构成如图1所示的频率选择表面结构。第一基材4、第二基材5均为薄PCB板，两块PCB板的厚度均小于1mm。
参照图2所示，上导电层1由上周期单元10周期排布构成，各个上周期单元10由左侧的折线11和右侧的上层第一导电金属片12和上层第二导电金属片13构成，所述的折线11在上周期单元10的垂直方向上呈周期性矩形锯齿状，锯齿数量为3～20个，各锯齿之间间隔相等，折线11线宽小于1mm。
所述的折线11的首尾两端呈垂直方向，折线11的上下边缘与上周期单元10的边缘重合，且当两个上周期单元10垂直排列时，下方的上周期单元10的折线上端与上方的上周期单元10的下端对接；折线11的左侧与上周期单元10的左边缘存在间隙，折线11的右侧与上层第一导电金属片12和上层第二导电金属片13均存在间隙。
所述的上层第一导电金属片12和上层第二导电金属片13大小相同，在上周期单元10内上下排列且边缘对齐，上层第一导电金属片12的上边缘与上周期单元10上边缘对齐，上层第二导电金属片13的下边缘与上周期单元10的下边缘对齐，上层第一导电金属片12和上层第二导电金属片13的中间以及与上周期单元10的右边缘均存在间隙。
参照图3所示，中导电层2由中周期单元20周期排布构成，各个中周期单元20由一个中层导电金属片21构成，所述的中层导电金属片21位于中周期单元20的右侧，其宽度与上周期单元10的上层第一导电金属片12、上层第二导电金属片13相同，且其左右边缘与上层第一导电金属片12、上层第二导电金属片13的左右边缘对齐，中层导电金属片21的上下边缘与中周期单元20的上下边缘存在间隙、且上下两端的间隙宽度相同。
参照图4所示，下导电层3由下周期单元30周期排布构成，各个下周期单元30由一系列沿水平方向的下层平行导电金属线31构成，所述的下层平行导电金属线31的个数大于3且小于15，下层平行导电金属线31的左右两侧与下周期单元30的左右两侧边缘对齐，最上方的下层平行导电金属线31的上边缘与下周期单元30的上边缘对齐，最下方的下层平行导电金属线31的下边缘与下周期单元30的下边缘对齐。
所述的位于最上方及最下方的下层平行导电金属线31的宽度相同且小于0.5mm，其余下层平行导电金属线31的宽度为最上方(或最下方)的下层平行导电金属线31的2倍(小于1mm)，各个下层平行导电金属线31之间的间距相同。
上述各层周期单元(上周期单元10、中周期单元20、下周期单元30)大小相同且上下重叠排列、边缘对齐。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，其特征在于：它包括第一基材（4）、第二基材（5），第一基材（4）的正面设有上导电层，第一基材（4）与第二基材（5）之间设有中导电层（2），第二基材（5）的反面设有下导电层（3），上导电层（1）由上周期单元（10）周期排布构成，中导电层（2）由中周期单元（20）周期排布构成，下导电层（3）由下周期单元（30）周期排布构成；上周期单元（10）由左侧的折线（11）和右侧的上层第一导电金属片（12）和上层第二导电金属片（13）构成，中周期单元（20）由一个中层导电金属片（21）构成，下周期单元（30）由一系列沿水平方向的下层平行导电金属线（31）构成，各层周期单元大小相同且上下重叠排列、边缘对齐；
所述的折线（11）的首尾两端在上周期单元（10）的垂直方向上设置，折线（11）的左侧与上周期单元（10）的左边缘存在间隙，折线（11）的右侧与上层第一导电金属片（12）和上层第二导电金属片（13）均存在间隙；所述的上层第一导电金属片（12）和上层第二导电金属片（13）大小相同，在上周期单元（10）内上下排列且边缘对齐，上层第一导电金属片（12）的上边缘与上周期单元（10）上边缘对齐，上层第二导电金属片（13）的下边缘与上周期单元（10）的下边缘对齐，上层第一导电金属片（12）的下边缘和上层第二导电金属片（13）的上边缘之间，以及上层第一导电金属片（12）的右边缘、上层第二导电金属片（13）的右边缘与上周期单元（10）的右边缘之间均存在间隙；折线（11）的上下边缘与上周期单元（10）的边缘重合，且当两个上周期单元（10）垂直排列时，下方的上周期单元（10）的折线上端与上方的上周期单元（10）的下端对接；
所述的中层导电金属片（21）位于中周期单元（20）的右侧，其宽度与上周期单元（10）的上层第一导电金属片（12）、上层第二导电金属片（13）相同，且其左右边缘与上层第一导电金属片（12）、上层第二导电金属片（13）的左右边缘对齐，中层导电金属片（21）的上下边缘与中周期单元（20）的上下边缘存在间隙、且上下两端的间隙宽度相同；
所述的下层平行导电金属线（31）的左右两侧与下周期单元（30）的左右两侧边缘对齐，最上方的下层平行导电金属线（31）的上边缘与下周期单元（30）的上边缘对齐，最下方的下层平行导电金属线（31）的下边缘与下周期单元（30）的下边缘对齐，位于最上方及最下方的下层平行导电金属线（31）的宽度相同，其余下层平行导电金属线（31）的宽度为最上方的下层平行导电金属线（31）的2倍，各个下层平行导电金属线（31）之间的间距相同。
2.根据权利要求1所述的大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，其特征在于：所述的折线（11）呈周期性矩形锯齿状，锯齿数量为3～20个，各锯齿之间间隔相等，折线（11）线宽小于1mm。
3.根据权利要求1所述的大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，其特征在于：所述的下层平行导电金属线（31）的个数大于3且小于15。
4.根据权利要求3所述的大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，其特征在于：所述的位于最上方及最下方的下层平行导电金属线（31）的宽度小于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的大带宽小尺寸周期单元频率选择表面结构，其特征在于：所述的第一基材（4）、第二基材（5）均为PCB板，两块PCB板的厚度均小于1mm。
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