CN107979965B - 单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，包括位于PCB板正面的第一印制电路层、位于PCB板反面的第二印制电路层，以及第一印制电路层、第二印制电路层之间的介质层，第一印制电路层由垂直方向周期性排列无限长的金属折线以及两两金属折线之间周期性排列的周期性单元构成，其中各金属折线的宽度相同；相邻两金属折线之间的周期性单元向右下和左上方向周期性复制，直至相邻两金属折线之间被完全充满；周期性单元向右、向下方式的周期性复制，直至周期性单元充满整个第一印制电路层的平面；第二印制电路层为第一印制电路层旋转90度得到。本发明显著减小频率选择表面的周期单元尺寸，明显提升多阶谐通带的频率下限。

Description

单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构
技术领域
本发明涉及频率选择表面复合结构材料领域，具体涉及一种单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，可用于对L、S、C波段通信、导航等双通带电子设备频选隐身天线罩的设计。
背景技术
由于双通带频选的周期单元内存在两个谐振回路，电路谐振回路复杂，其小型化难度大，传统双通带频选的周期单元尺寸一般较大，导致的后果是上述频选在斜入射条件下的栅瓣影响严重，另外，由于单元特征谐振频率（仅与单元尺寸相关）一般位于2－3f 0（f 0为主谐振频率）处存在多阶谐振通带，其对上述双通带频率选择表面性能影响较大，主要是在多阶谐振通带频率处频率选择表面的频率选择特性消失，其产生的隐身效果同时消失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对传统双通带频选单元尺寸小型化存在的上述不足，提供一种单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，可以显著减小频率选择表面的周期单元尺寸，明显提升多阶谐通带的频率下限，灵活对频率选择表面的两个谐振频率进行控制。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，包括位于PCB板正面的第一印制电路层、位于PCB板反面的第二印制电路层，以及第一印制电路层、第二印制电路层之间的介质层，所述第一印制电路层由垂直方向周期性排列无限长的金属折线以及两两金属折线之间周期性排列的周期性单元构成，其中各金属折线的宽度相同，第一金属折线为第一水平方向线段和第一垂直方向线段交错首尾相连而成，设第一水平方向线段的长度为a，第一垂直方向线段长度为b（a>b），第二金属折线由第一金属折线向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到，第三金属折线由第二金属折线向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到，以此类推；相邻两金属折线之间的周期性单元向右下和左上方向周期性复制，右下具体指向右移动距离a、向下移动距离b，左上具体指向左移动距离a、向上移动距离b，直至相邻两金属折线之间被完全充满；周期性单元向右(a-b)/2、向下(a+b)/2方式的周期性复制，直至周期性单元充满整个第一印制电路层的平面；
所述第二印制电路层为第一印制电路层旋转90度得到。
按上述方案，相邻两金属折线之间的垂直方向距离同样是周期性变化的，距离分别为(a-b)/2和(b+a)/2，其中垂直方向距离为(a-b)/2的区域水平宽度为(a-b)/2，垂直方向距离为(b+a)/2的区域水平宽度为(b+a)/2。
按上述方案，第一水平方向线段向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线的第二水平方向线段，第一垂直方向线段向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线的第二垂直方向线段；以此类推得到其余金属折线的水平方向线段及垂直方向线段。
按上述方案，设第一水平方向线段和第二水平方向线段的中心点为O，第一垂直方向线段和第二垂直方向线段的中心点为O’；
在O点周围设置4个方形金属片，分别为第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片，其中第一金属片和第二金属片、第三金属片和第四金属片以过O点的垂直线对称，第一金属片和第三金属片、第二金属片和第四金属片以过O点的水平线对称，且第一金属片和第二金属片之间的距离与第一金属片和第三金属片之间的距离相等；第一金属片与第一水平方向线段和第一垂直方向线段等距离；第一金属片、第二金属片分别通过第一窄金属带、第二窄金属带与第一金属折线连接，第三金属片、第四金属片分别通过第三窄金属带、第四窄金属带与第二金属折线连接；
在O’点周围设置4个方形金属片，分别为第五金属片、第六金属片、第七金属片、第八金属片，其中第五金属片和第六金属片、第七金属片和第八金属片以过O’点的垂直线对称，第五金属片和第七金属片、第六金属片和第八金属片以过O’点的水平线对称，且第五金属片和第六金属片之间的距离与第五金属片和第七金属片之间的距离相等；第七金属片与第二水平方向线段和第二垂直方向线段等距离；第五金属片、第六金属片分别通过第五窄金属带、第六窄金属带与第一金属折线连接，第七金属片、第八金属片分别通过第七窄金属带、第八窄金属带与第二金属折线连接；
上述所有方形金属片和各个窄金属带构成所述周期性单元。
按上述方案，第一窄金属带、第二窄金属带、第三窄金属带、第四窄金属带、第五窄金属带、第六窄金属带、第七窄金属带、第八窄金属带的宽度均为0.1～3mm，第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片、第五金属片、第六金属片、第七金属片、第八金属片的边长为1mm～5mm。
采用上述技术方案的有益效果是：
1、采用单元小型化双通带双极化频率选择周期结构设计的S波段双通带频选时，其周期单元尺寸可减小到10mm以下，能够将整个频选材料的二阶谐振通带提高到15GHz以上，使得上述频选材料用于电磁脉冲防护时，尽量减小设备工作频段外的电磁能量进入设备内部；
2、上述双通带双极化频率选择表面周期结构中，两个不同谐振回路之间的隔离度较大，显著减小了双通带频率选择表面中，由于两个谐振回路之间的相互耦合导致的插入损耗增大。插入损耗可减小到0.8dB以下；
3、上述双通带双极化频率选择表面可以方便的通过改变周期性单元的尺寸大小，灵活对频率选择表面的两个谐振频率进行控制，可以灵活的对两个谐振频点进行设计，具有一定的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构的第一印制电路层的结构图；
图2为本发明单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构的第二印制电路层的结构图；
图3为本发明单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构的的局部结构图；
图4为本发明单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构的周期性单元的具体结构图；
图5为某小型化双极化双通带频选防护材料传输特性仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所述的单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，包括位于PCB板正面的第一印制电路层1、位于PCB板反面的第二印制电路层2，以及第一印制电路层1、第二印制电路层2之间的介质层，所述第一印制电路层1由垂直方向周期性排列无限长的金属折线11、12、13……，以及两两金属折线之间周期性排列的周期性单元4构成，其中各金属折线11、12、13的宽度相同，周期性单元4充满整个第一印制电路层1的平面。
如图2所示，所述第二印制电路层2为第一印制电路层1以旋转中心O或者O’旋转90度得到。
相邻两金属折线之间的垂直方向距离同样是周期性变化的，距离分别为(a-b)/2和(b+a)/2，其中垂直方向距离为(a-b)/2的区域水平宽度为(a-b)/2，垂直方向距离为(b+a)/2的区域水平宽度为(b+a)/2。
如图3所示，第一金属折线11为第一水平方向线段111和第一垂直方向线段112交错首尾相连而成，第二金属折线12为第二水平方向线段121和第二垂直方向线段122交错首尾相连而成，设第一水平方向线段111的长度为a，第一垂直方向线段112长度为b，第一水平方向线段111向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线12的第二水平方向线段121，第一垂直方向线段112向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线12的第二垂直方向线段122；以此类推得到其余金属折线的水平方向线段及垂直方向线段。
相邻两金属折线之间的周期性单元4向右下和左上方向周期性复制，右下具体指向右移动距离a、向下移动距离b，左上具体指向左移动距离a、向上移动距离b，直至相邻两金属折线之间被完全充满；周期性单元4向右(a-b)/2、向下(a+b)/2方式的周期性复制，直至周期性单元4充满整个第一印制电路层1的平面。
如图4所示，设第一水平方向线段111和第二水平方向线段121的中心点为O，第一垂直方向线段112和第二垂直方向线段122的中心点为O’；
在O点周围设置4个方形金属片，分别为第一金属片411、第二金属片412、第三金属片413、第四金属片414，其中第一金属片411和第二金属片412、第三金属片413和第四金属片414以过O点的垂直线对称，第一金属片411和第三金属片413、第二金属片412和第四金属片414以过O点的水平线对称，且第一金属片411和第二金属片412之间的距离与第一金属片411和第三金属片413之间的距离相等；第一金属片411与第一水平方向线段111和第一垂直方向线段112等距离；第一金属片411、第二金属片412分别通过第一窄金属带421、第二窄金属带423与第一金属折线11连接，第三金属片413、第四金属片414分别通过第三窄金属带431、第四窄金属带433与第二金属折线12连接；
在O’点周围设置4个方形金属片，分别为第五金属片441、第六金属片442、第七金属片443、第八金属片444，其中第五金属片441和第六金属片442、第七金属片443和第八金属片444以过O’点的垂直线对称，第五金属片441和第七金属片443、第六金属片442和第八金属片444以过O’点的水平线对称，且第五金属片441和第六金属片442之间的距离与第五金属片441和第七金属片443之间的距离相等；第七金属片443与第二水平方向线段121和第二垂直方向线段122等距离；第五金属片441、第六金属片442分别通过第五窄金属带451、第六窄金属带453与第一金属折线11连接，第七金属片443、第八金属片444分别通过第七窄金属带461、第八窄金属带463与第二金属折线12连接；
上述所有方形金属片和各个窄金属带构成所述周期性单元4。
第一窄金属带421、第二窄金属带423、第三窄金属带431、第四窄金属带433、第五窄金属带451、第六窄金属带453、第七窄金属带461、第八窄金属带463的宽度均为0.1～3mm，第一金属片411、第二金属片412、第三金属片413、第四金属片414、第五金属片441、第六金属片442、第七金属片443、第八金属片444的边长为1mm～5mm。
如图5所示的某小型化双极化双通带频选防护材料传输特性仿真结果，其单元尺寸分别为7.4mm和4.2mm，单元尺寸仅为谐振波长的十分之一，相比传统频选表面周期单元尺寸减小了70%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，包括位于PCB板正面的第一印制电路层、位于PCB板反面的第二印制电路层，以及第一印制电路层、第二印制电路层之间的介质层，其特征在于：所述第一印制电路层由垂直方向周期性排列无限长的金属折线以及两两金属折线之间周期性排列的周期性单元构成，其中各金属折线的宽度相同，第一金属折线为第一水平方向线段和第一垂直方向线段交错首尾相连而成，设第一水平方向线段的长度为a，第一垂直方向线段长度为b，第二金属折线由第一金属折线向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到，第三金属折线由第二金属折线向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到，以此类推；相邻两金属折线之间的周期性单元向右下和左上方向周期性复制，右下具体指向右移动距离a、向下移动距离b，左上具体指向左移动距离a、向上移动距离b，直至相邻两金属折线之间被完全充满；周期性单元向右(a-b)/2、向下(a+b)/2方式的周期性复制，直至周期性单元充满整个第一印制电路层的平面；
所述第二印制电路层为第一印制电路层旋转90度得到。
2.如权利要求1所述的单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，其特征在于：相邻两金属折线之间的垂直方向距离同样是周期性变化的，距离分别为(a-b)/2和(b+a)/2，其中垂直方向距离为(a-b)/2的区域水平宽度为(a-b)/2，垂直方向距离为(b+a)/2的区域水平宽度为(b+a)/2。
3.如权利要求1所述的单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，其特征在于：第一水平方向线段向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线的第二水平方向线段，第一垂直方向线段向下移动(a-b)/2后向左移动(b+a)/2得到第二金属折线的第二垂直方向线段；以此类推得到其余金属折线的水平方向线段及垂直方向线段。
4.如权利要求1所述的单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，其特征在于：设第一水平方向线段和第二水平方向线段的中心点为O，第一垂直方向线段和第二垂直方向线段的中心点为O’；
在O点周围设置4个方形金属片，分别为第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片，其中第一金属片和第二金属片、第三金属片和第四金属片以过O点的垂直线对称，第一金属片和第三金属片、第二金属片和第四金属片以过O点的水平线对称，且第一金属片和第二金属片之间的距离与第一金属片和第三金属片之间的距离相等；第一金属片与第一水平方向线段和第一垂直方向线段等距离；第一金属片、第二金属片分别通过第一窄金属带、第二窄金属带与第一金属折线连接，第三金属片、第四金属片分别通过第三窄金属带、第四窄金属带与第二金属折线连接；
在O’点周围设置4个方形金属片，分别为第五金属片、第六金属片、第七金属片、第八金属片，其中第五金属片和第六金属片、第七金属片和第八金属片以过O’点的垂直线对称，第五金属片和第七金属片、第六金属片和第八金属片以过O’点的水平线对称，且第五金属片和第六金属片之间的距离与第五金属片和第七金属片之间的距离相等；第七金属片与第二水平方向线段和第二垂直方向线段等距离；第五金属片、第六金属片分别通过第五窄金属带、第六窄金属带与第一金属折线连接，第七金属片、第八金属片分别通过第七窄金属带、第八窄金属带与第二金属折线连接；
上述所有方形金属片和各个窄金属带构成所述周期性单元。
5.如权利要求4所述的单元小型化双通带双极化频率选择电磁防护材料结构，其特征在于：第一窄金属带、第二窄金属带、第三窄金属带、第四窄金属带、第五窄金属带、第六窄金属带、第七窄金属带、第八窄金属带的宽度均为0.1～3mm，第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片、第五金属片、第六金属片、第七金属片、第八金属片的边长为1mm～5mm。
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