CN105576381B - 基于立体结构的频率选择表面结构 - Google Patents

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Abstract

基于立体结构的频率选择表面结构,涉及一种频率选择表面结构。解决了现有结构简单的频率选择表面存在可控制参数比较少，实际应用时存在频率响应曲线斜率小、极化稳定性差、小型化差的问题。本发明的四块一号介质板的垂直拼接构成矩形框，矩形框的内侧壁涂有金属薄膜层，一号介质板上开有圆形通孔，且每个所述圆形通孔的内侧均涂有金属薄膜层；两块二号介质板均设置在所述矩形框内，每块二号介质板的一对相对的边均与所述矩形框的内侧壁固定连接，且两块二号介质板沿中线垂直交接构成十字形结构，所述十字形的谐振结构的左臂的下表面、右臂的上表面、上臂的左侧表面和下臂的右侧表面均设置有金属薄膜条。本发明适用于天线罩的制作使用。

Description

基于立体结构的频率选择表面结构
技术领域
本发明涉及一种频率选择表面结构。
背景技术
频率选择表面(Frequency Selective Surface)，简称FSS，是一种由大量无源谐振单元在介质层上按二维周期性排列构成的单层或多层准平面结构。频率选择表面的概念起源于栅的研究，其最早是由美国物理学家David Rittenhouse发现和提出的；而经过多年的研究和发展，频率选择表面已被广泛应用在从微波波段到光波波段的各领域中。
在工程中，频率选择表面的应用十分广泛，范围涉及电磁领域的许多方面：在微波波段，频率选择表面常用作反射面天线的副反射器，用以提高对反射面天线的利用效率，另外FSS还被用作设计雷达罩来降低天线系统的雷达散射截面(RCS)；在远红外波段，频率选择表面可以用作波极化器，分波束仪，以及用作分子激光器的―腔体镜，以提高激光器的泵浦功率；在近红外和可见光区域，频率选择表面还被设计成太阳能吸收表面，以用来帮助吸收太阳能；在THz波段，FSS可用作偏振器，分光镜，激光输出藕合器，激光腔镜，法布里——拍罗干涉仪和滤波器等。
频率选择表面的最大特性在于其对于以不同频率、角度以及极化方式入射的电磁波的选择透过性，即对某些频带内入射的电磁波几乎呈全透明，而对另一些频带内入射的波则呈现近乎全反射的特性。频率选择表面由两种基本结构组成：贴片型和孔径型，其中贴片型是在介质衬底层上周期性地印刷上规则的由导体贴片单元组成的金属阵列；而孔径型则与贴片型相反，是在大金属屏上周期性地开孔而形成的周期孔径结构。当频率选择表面在某一频率的电磁波入射下单元发生谐振时，贴片型频率选择表面将对此频率的电磁波发生全反射现象，即在谐振频率处形成带阻滤波器；而孔径型频率选择表面则对该频率的电磁波发生全透射现象，即在谐振频率处形成带通滤波器。
实际上任何周期分布的平面导体贴片或孔径型的单元结构对入射的电磁波都会产生一定的衍射现象，但若想作为性能较好的频率选择表面应用时，必须满足达到一定的谐振频率值、阻抗值，以及具有较好的角度和极化稳定性等。一个结构简单的频率选择表面结构，其在自由空间的谐振通常发生在单元尺寸为入射波的半波长整数倍时。但是由于简单结构的可控制参数比较少，使得其在实际应用时往往存在频率响应曲线斜率较小、极化稳定性差、小型化差等特点，所以现行发展的趋势是使用更加复杂的单元及结构。
发明内容
本发明是为了解决现有结构简单的频率选择表面存在可控制参数比较少，实际应用时存在频率响应曲线斜率小、极化稳定性差、小型化差的问题，提出了一种基于立体结构的频率选择表面结构。
本发明所述的基于立体结构的频率选择表面结构，它包括n个频率选择单元结构，所述n个频率选择单元结构按阵列加载，每个频率选择单元结构包括四块一号介质板1、两块二号介质板3和金属薄膜条4；n为大于1的整数；
四块一号介质板1垂直拼接构成矩形框，矩形框的内侧壁涂有金属薄膜层，一号介质板1上开有圆形通孔，所述圆形通孔临近电磁波入射边等间隔设置，矩形框相对的两块介质板1上的圆形通孔相对设置，且每个所述圆形通孔的内侧均涂有金属薄膜层；
两块二号介质板3均设置在所述矩形框内，每块二号介质板3的一对相对的边均与矩形框的内侧壁固定连接，且两块二号介质板3沿中线垂直交接构成十字形结构，所述十字形结构的左臂的下表面、右臂的上表面、上臂的左侧表面和下臂的右侧表面均设置有金属薄膜条4，所述金属薄膜条4为“U”字形，“U”字形金属薄膜条4的底部临近两块二号介质板3的交接线，所述“U”字形金属薄膜条4的两个“臂”垂直于两块二号介质板3的交接线并向外延伸，金属薄膜条4构成谐振结构。
本发明所述的结构保证在宽频带工作带宽和滚降迅速的情况下，实现频率选择表面的结构简易实现，且本发明的频率选择表面具有宽带宽，低损耗，轻量化等优点，本发明使用带金属镀层的介质板作为材料，进行拼接，频率选择表面由周期重复叠加的单元结构组成，从总体上看，相互垂直的多个介质板拼接成格子结构，而每个介质板上的金属薄膜层组成波导壁，位于矩形框的内壁；并且相邻的金属壁之间开有金属过孔，每个金属过孔的间距相等。所述的周期谐振结构，由两片覆盖有金属带条相互垂直的介质板构成，其介质板形成完全对称的“十”字形，并且每一片介质板两侧分别有一个“U”形金属带条，两者以介质板呈180°对称。
附图说明
图1是本发明的频率选择单元的结构示意图；
图2是具体实施方式一所述的四块一号介质板拼接结构示意图；
图3是具体实施方式一所述的频率选择单元的主视图；
图4是具体实施方式一所述的谐振结构的主视图；
图5是具体实施方式一所述的谐振结构的结构示意图；
图6是本发明的仿真结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的基于立体结构的频率选择表面结构，它包括n个频率选择单元结构，所述n个频率选择单元结构按阵列加载，每个频率选择单元结构包括四块一号介质板1、两块二号介质板3和金属薄膜条4；n为大于1的整数；
四块一号介质板1垂直拼接构成矩形框，矩形框的内侧壁涂有金属薄膜层，一号介质板1上开有圆形通孔，所述圆形通孔临近电磁波入射边等间隔设置，矩形框相对的两块介质板1上的圆形通孔相对设置，且每个所述圆形通孔的内侧均涂有金属薄膜层；
两块二号介质板3均设置在所述矩形框内，每块二号介质板3的一对相对的边均与矩形框的内侧壁固定连接，且两块二号介质板3沿中线垂直交接构成十字形结构，所述十字形结构的左臂的下表面、右臂的上表面、上臂的左侧表面和下臂的右侧表面均设置有金属薄膜条4，所述金属薄膜条4为“U”字形，“U”字形金属薄膜条4的底部临近两块二号介质板3的交接线，所述“U”字形金属薄膜条4的两个“臂”垂直于两块二号介质板3的交接线并向外延伸，金属薄膜条4构成谐振结构。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，一号介质板1垂直拼接构成的矩形框的长为15.6mm、宽为15.6mm、高为10mm。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，一号介质板1的介电常数为4.3。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，一号介质板1的厚度为0.8mm。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，二号介质板3的长度为14mm、宽度为10mm、厚度为0.8mm。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，二号介质板3的介电常数为4.3。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，“U”字形金属薄膜条4的两个臂和底部的宽度均为1mm。
具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，金属薄膜条4采用铜箔、电镀载体或印刷的金属导体。
具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于立体结构的频率选择表面结构的进一步说明，一号介质板1上圆形通孔的直径为1mm，相邻两个圆形通孔的间隔为2.5mm。
本实施方式所述的矩形框两对相对设置的一号介质板1上圆形通孔的数量分别为5个和6个，孔直径为1mm，间距为2.5mm，圆形通孔的圆心与入射方向波导边缘距离为1mm。
通过仿真结果来说明本发明效果：如图6所示，图中，曲线s11的损耗为-3dB时，通带为8.1GHz-14.6GHz，通带宽度为6.5GHz；曲线s12的损耗为-5dB时，通带为7.2GHz～14.72GHz，通带宽度为7.52GHz。在通带范围内，损耗较小，而在通带范围外，滚降迅速，如在7.22GHz频点损耗为-5.01GHz，而7.10GHz频点的损耗达到了-16dB；并且通带外传输系数小于-11.6dB。

Claims (9)

1.基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，它包括n个频率选择单元结构，所述n个频率选择单元结构按阵列加载，每个频率选择单元结构包括四块一号介质板(1)、两块二号介质板(3)和金属薄膜条(4)；n为大于1的整数；
四块一号介质板(1)垂直拼接构成矩形框，矩形框的内侧壁涂有金属薄膜层，一号介质板(1)上开有圆形通孔，所述圆形通孔临近电磁波入射边等间隔设置，矩形框相对的两块介质板(1)上的圆形通孔相对设置，且每个所述圆形通孔的内侧均涂有金属薄膜层；
两块二号介质板(3)均设置在所述矩形框内，每块二号介质板(3)的一对相对的边均与矩形框的内侧壁固定连接，且两块二号介质板(3)沿中线垂直交接构成十字形结构，所述十字形结构的左臂的下表面、右臂的上表面、上臂的左侧表面和下臂的右侧表面均设置有金属薄膜条(4)，所述金属薄膜条(4)为“U”字形,“U”字形金属薄膜条(4)的底部临近两块二号介质板(3)的交接线，所述“U”字形金属薄膜条(4)的两个“臂”垂直于两块二号介质板(3)的交接线并向外延伸，金属薄膜条(4)构成谐振结构。
2.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，一号介质板(1)垂直拼接构成的矩形框的长为15.6mm、宽为15.6mm、高为10mm。
3.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，一号介质板(1)的介电常数为4.3。
4.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，一号介质板(1)的厚度为0.8mm。
5.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，二号介质板(3)的长度为14mm、宽度为10mm、厚度为0.8mm。
6.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，二号介质板(3)的介电常数为4.3。
7.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，“U”字形金属薄膜条(4)的两个臂和底部的宽度均为1mm。
8.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，金属薄膜条(4)采用铜箔、电镀载体或印刷的金属导体。
9.根据权利要求1所述的基于立体结构的频率选择表面结构，其特征在于，一号介质板(1)上圆形通孔的直径为1mm，相邻两个圆形通孔的间隔为2.5mm。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107799903B (zh) * 2017-10-12 2022-08-26 杭州电子科技大学 三维新型带吸型宽带频率选择结构
CN108736167B (zh) * 2018-04-02 2020-07-07 杭州电子科技大学 新型三维宽阻带低通频率选择结构
WO2020000978A1 (zh) * 2018-06-26 2020-01-02 深圳光启尖端技术有限责任公司 一种三维结构超材料
CN109149118B (zh) * 2018-08-23 2020-11-10 西安空间无线电技术研究所 一种新型多频段频率选择表面单元
CN109411894B (zh) * 2018-10-29 2021-05-11 南京师范大学 一种双极化宽带外抑制三维频率选择表面
CN110690577A (zh) * 2019-09-17 2020-01-14 淮安信息职业技术学院 一种具有双边陡降特性的双极化带通三维频率选择表面
CN112201960B (zh) * 2020-09-30 2021-07-06 浙江大学 一种符合单轴完美匹配层模型的磁性全向透明材料
CN116666924B (zh) * 2023-07-27 2023-10-13 南京邮电大学 一种三维波导型功率选择结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1993862A (zh) * 2004-07-25 2007-07-04 安纳发－电磁溶液有限公司 弹道保护天线罩
CN102683871A (zh) * 2011-03-15 2012-09-19 深圳光启高等理工研究院 一种折叠超材料
CN102790286A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 深圳光启高等理工研究院 一种天线

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8912973B2 (en) * 2011-05-04 2014-12-16 The Penn State Research Foundation Anisotropic metamaterial gain-enhancing lens for antenna applications
US20140320378A1 (en) * 2013-04-30 2014-10-30 The Johns Hopkins University Three dimensional self-folded microantenna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1993862A (zh) * 2004-07-25 2007-07-04 安纳发－电磁溶液有限公司 弹道保护天线罩
CN102683871A (zh) * 2011-03-15 2012-09-19 深圳光启高等理工研究院 一种折叠超材料
CN102790286A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 深圳光启高等理工研究院 一种天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
3D frequency selective surface for stable angle of incidence;I.G. Lee and I.P. Hong;《ELECTRONICS LETTERS》;20140313;第50卷(第6期);全文 *
3D Frequency Selective Surface with incident angle independence;Saidatul Norlyana Azemi et al;《2013 European Microwave Conference》;20131010;全文 *
3D printed FSS arrays for Long Wavelength Applications;B. Sanz-Izquierdo and E.A. Parker;《The 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014)》;20140411;全文 *

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