CN107689488A - 应用于超宽带天线的频率选择表面结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的应用于超宽带天线的频率选择表面结构，包括介质支撑层，在介质支撑层上贴附有金属单元层；金属单元层由1个或多个金属单元结构组成；每个金属单元结构均包括正四边形环贴片和四个弧形环贴片，四个弧形环贴片均设置于正四边形环贴片内，且每个弧形环贴片均与正四边形环贴片的内壁相接；每个弧形环贴片呈四分之一圆环状，四个弧形环贴片分别于正四边形环贴片的四个角处且相互对称。本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构，能在单元形状简单、面积小的同时在UWB(3.1GHz‑10.6GHz)频段内实现反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。

Description

应用于超宽带天线的频率选择表面结构
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及应用于超宽带天线的频率选择表面结构。
背景技术
频率选择表面(FSS)由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。它本身不吸收能量，当电磁波入射到其表面时，会对不同频率的电磁波进行选择，在其通带范围内，电磁波通过金属贴片单元表面；在其阻带范围内，电磁波被反射回去，进而表现出不同的传播特性，完成频率和极化的选择特性，可以看作一种空间滤波器。
FSS结构对不同频率的电磁波入射表现出不同的选择作用，其最基本的因素是对于FSS形状的选择，以及尺寸的控制。要求FSS结构能够在形状简单、面积小的同时在指定频段具有良好的频率选择特性。
发明内容
本发明的目的是提供应用于超宽带天线的频率选择表面结构，能在形状简单、面积小的同时在UWB(3.1GHz-10.6GHz)频段内实现反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。
本发明所采用的技术方案是，应用于超宽带天线的频率选择表面结构，包括介质支撑层，在介质支撑层上贴附有金属单元层；金属单元层由1个或多个金属单元结构组成；每个金属单元结构均包括正四边形环贴片和四个弧形环贴片，四个弧形环贴片均设置于正四边形环贴片内，且每个弧形环贴片均与正四边形环贴片的内壁相接；每个弧形环贴片呈四分之一圆环状，四个弧形环贴片分别于正四边形环贴片的四个角处且相互对称。
本发明的特点还在于：
介质支撑层的长度为8.25mm±0.1mm，宽度为8.25mm±0.1mm，厚度为0.625mm±0.01mm。
介质支撑层的介电常数为10.2。
金属单元结构的谐振频率与UWB频率相同，均为：3.1GHz～10.6GHz。
正四边形环贴片的外环边长为8mm±0.1mm，内环边长为6.2mm±0.1mm；
四个弧形环贴片的外环半径均为3mm±0.1mm、内环半径均为2.5mm±0.1mm，且四个弧形环贴片的圆心为正四边形环贴片内环的四个角。
本发明的有益效果在于：
本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构，与现有技术相比具有明显的优势，其具体表现为：频率选择表面只有介质支撑层和金属单元层两层重复，结构简单、易于加工且成本较低；其中的金属单元层采用新型的金属单元结构，该金属单元结构由正四边形环贴片和四个弧形环贴片组成，结构也比较简单、易于建模和加工；频率选择表面能够在较少的重复结构内完成在UWB(3.1GHz-10.6GHz)频段内实现反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。总之，本发明的频率选择表面结构具有良好的使用价值，非常适合推广使用。
附图说明
图1是本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构一种实施例结构示意图；
图2是本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构另一种实施例结构示意图；
图3是本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构的仿真结果图。
图中，1.介质支撑层，2.金属单元层，3.正四边形环贴片，4.弧形环贴片，5金属单元结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构，如图1及图2所示，包括介质支撑层1，在介质支撑层1上贴附有金属单元层2；金属单元层2由1个或多个金属单元结构5组成；每个金属单元结构5均包括正四边形环贴片3和四个弧形环贴片4，四个弧形环贴片4均设置于正四边形环贴片3内，且每个弧形环贴片4均与正四边形环贴片3的内壁相接；每个弧形环贴片4呈四分之一圆环状，四个弧形环贴片4分别于正四边形环贴片3的四个角处且相互对称。
介质支撑层1的材料根据具体需求进行设置，优选采用介电常数为10.2的材料，若介质材料选择其他材料，则金属单元层2需要进行调整。介质支撑层1的厚度不超过超宽带天线所发射电磁波四分之一的波长。
若金属单元层2中有多个金属单元结构5，则多个金属单元结构5的排列方式为：如图2所示，按照N*M排列方式周期性矩阵式排列在设定的介质支撑层1上。具体大小根据具体超宽带天线需求来设定。要保证一个金属单元结构5周围有四个金属单元结构5与之相接。
金属单元结构5的谐振频率与UWB(3.1GHz～10.6GHz)频率相同。
本发明应用于超宽带天线的频率选择表面单元结构中各部位的尺寸范围如下：
介质支撑层1的长度为8.25mm±0.1mm，宽度为8.25mm±0.1mm，厚度为0.625mm±0.01mm；
正四边形环贴片3的外环边长为8mm±0.1mm，内环边长为6.2mm±0.1mm；
四个弧形环贴片4的外环半径均为3mm±0.1mm、内环半径均为2.5mm±0.1mm，且四个弧形环贴片4的圆心为正四边形环贴片3内环的四个角。
正四边形环贴片3和弧形环贴片4能扩展反射频段，在尽可能小的面积内完成在UWB(3.1GHz-10.6GHz)频段内实现反射，其他频段内实现透射。
在使用时，本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构布置于超宽带天线的上方，具体距离超宽带天线的远近视具体超宽带天线多决定，整个频率选择表面结构内金属单元结构5的数量视具体超宽带天线所决定。
本发明应用于超宽带天线的频率选择表面结构，能在单元形状简单、面积小的同时在UWB(3.1GHz-10.6GHz)频段内实现反射，其他频段内实现透射，进而改善超宽带天线各方面的性能。

Claims (5)

1.应用于超宽带天线的频率选择表面结构，其特征在于，包括介质支撑层(1)，在所述介质支撑层(1)上贴附有金属单元层(2)；所述金属单元层(2)由1个或多个金属单元结构(5)组成；
每个所述金属单元结构(5)均包括正四边形环贴片(3)和四个弧形环贴片(4)，所述四个弧形环贴片(4)均设置于正四边形环贴片(3)内，且每个所述弧形环贴片(4)均与正四边形环贴片(3)的内壁相接；每个所述弧形环贴片(4)呈四分之一圆环状，所述四个弧形环贴片(4)分别于正四边形环贴片(3)的四个角处且相互对称。
2.根据权利要求1所述的应用于超宽带天线的频率选择表面结构，其特征在于，所述介质支撑层(1)的长度为8.25mm±0.1mm，宽度为8.25mm±0.1mm，厚度为0.625mm±0.01mm。
3.根据权利要求1或2所述的应用于超宽带天线的频率选择表面结构，其特征在于，所述介质支撑层(1)的介电常数为10.2。
4.根据权利要求1所述的应用于超宽带天线的频率选择表面结构，其特征在于，所述金属单元结构(5)的谐振频率与UWB频率相同，均为：3.1GHz～10.6GHz。
5.根据权利要求1所述的应用于超宽带天线的频率选择表面结构，其特征在于，所述正四边形环贴片(3)的外环边长为8mm±0.1mm，内环边长为6.2mm±0.1mm；
所述四个弧形环贴片(4)的外环半径均为3mm±0.1mm、内环半径均为2.5mm±0.1mm，且四个弧形环贴片(4)的圆心为所述正四边形环贴片(3)内环的四个角。
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