CN104518263A - 一种毫米波带通频率选择表面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毫米波带通频率选择表面，采用十字环缝隙阵列，实现了透射毫米波而反射红外的双工性能。

Description

一种毫米波带通频率选择表面

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术，具体涉及一种毫米波带通频率选择表面。

背景技术

频率选择表面FSS(Frequency Selective Surface)是一种平面二维周期性阵列结构，这种结构对不同频段的电磁波可以呈现不同的反射或者透射特性，本质上是一个空间电磁滤波器。随着科技的不断进步与发展，频率选择表面已经越来越多的应用于微波、红外波及可见光波段。

近年来，国内外的学者及研究机构不断对频率选择表面进行各种深入的研究与分析，人们对频率选择表面各种特性的认识也日趋完善。如何将频率选择表面优良的电磁选择特性应用到实际生产生活中以发挥其最大价值，已然成为现阶段对频率选择表面研究的主要方向。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种毫米波带通频率选择表面。

技术方案

一种毫米波带通频率选择表面，包括微带介质板以及设在微带介质板的一面上的金属薄层，其特征在于金属薄层上等间距开有十字环缝隙阵列；十字环的内十字的臂宽内环十字臂长阵列单元间距D＝3λ，内外环臂宽差

所述的微带介质板的介电常数ε_r为[1,10]，厚度λ为自由空间波长，θ为入射角。

所述的金属薄层为银。

有益效果

本发明提出的一种毫米波带通频率选择表面，实现了透射毫米波而反射红外的双工性能。

附图说明

图1本发明的结构示意图

图2十字环缝隙结构图

图3本发明透射率测试曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种毫米波带通频率选择表面，包括微带介质板以及设在微带介质板的一面上的金属薄层，其特征在于金属薄层上等间距开有十字环缝隙阵列。微带介质板的介电常数ε_r为[1,10]，厚度λ为自由空间波长，θ为入射角。金属薄层为银。十字环的内十字的臂宽内环十字臂长阵列单元间距D＝3λ，内外环臂宽差 $W=\frac{1}{40}\mathrm{\λ}.$

根据实际应用的项目要求，本具体实施例给出了一个谐振频率在35GHz处的带通频率选择表面，具体实现过程如下：

根据选择微带介质板材料的基本原则：具有优良的电性能，具有较好的抗热冲击性，具有较高的机械性能，对温度比较不敏感。所选用材料的介电常数ε_r一般控制在1-10范围内，损耗正切角tgδ要求在0.005以下，以保证功率传输系数。并且保证材料在高温工作条件下，介电常数及强度性都不会发生明显的变化，具有良好的温度稳定性。本发明选用的材料为介电常数为2.65的聚四氟乙烯，各项物理特性都比较稳定。

FSS是一层很薄的金属膜，需要介质层的支撑，介质层的介电常数和介质厚度对于FSS的频率响应特性都会产生影响，介质加载可以提高FSS对入射角和极化方式的稳定度，介质层的厚度则影响FSS的谐振频率和谐振带宽，介质越厚，谐振带宽就越大，在FSS一层加载介质层，随着介质层的厚度增大，中心频率下降，当增大的一定程度时候，中心频率略有回升。根据FSS介质层加载理论，单层低损耗介质加载厚度h计算公式如下：

$h=\frac{\mathrm{\λ}}{2\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r-{\sin }^2\mathrm{\θ}}}$

式中，λ为自由空间波长，ε_r为相对介质常数，θ为入射角。将相关数据代入上式，得到厚度为2.46mm，考虑到加工难度和实际应用，并且在仿真中经过进一步调试，最终选择2.5mm这个厚度作为介质层的厚度。

根据十字环的内十字的臂宽内环十字臂长阵列单元间距D＝3λ，内外环臂宽差计算得到十字环缝隙单元频率选择表面模型参数如表1所示：

表1 十字环缝隙单元频率选择表面模型参数

a(mm)	0.5	W(mm)	0.2
				L(mm)	1	D(mm)	3.1
εr	2.65	H(mm)	2.5

对本发明毫米波带通频率选择表面进行了测试，测试结果如表2所示：

表2 十字环缝隙FSS试件透射率测试数据

测试频点(GHz)

29

30

31

32

33

34

透射效率(TE)

32.45％

39.47％

49.63％

62.87％

77.47％

92.03％

透射效率(TM)

34.55％

42.41％

53.38％

66.52％

83.35％

95.63％

测试频点(GHz)

35

36

37

38

39

40

透射效率(TE)

97.56％

91.24％

76.33％

60.31％

45.97％

36.42％

透射效率(TM)

96.13％

84.94％

67.14％

52.13％

40.55％

31.26％

本发明的毫米波带通频率选择表面，作为双信号发生器的关键部件，可以让该频段范围的电磁波完全透射。指标要求毫米波透射率在35GHz处需达到90％以上，红外信号反射率达到80％以上，并且要求所设计的频率选择表面对不同状态的入射波具有具有稳定的中心频率和带宽。

Claims (3)

1.一种毫米波带通频率选择表面，包括微带介质板以及设在微带介质板的一面上的金属薄层，其特征在于金属薄层上等间距开有十字环缝隙阵列；十字环的内十字的臂宽内环十字臂长阵列单元间距D＝3λ，内外环臂宽差 $W=\frac{1}{40}\mathrm{\λ}.$

2.根据权利要求1所述的毫米波带通频率选择表面，其特征在于所述的微带介质板的介电常数ε_r为[1，10]，厚度λ为自由空间波长，θ为入射角。

3.根据权利要求1所述的毫米波带通频率选择表面，其特征在于所述的金属薄层为银。