CN108987936A - 一种三维带通频率选择结构及其制作方法 - Google Patents

一种三维带通频率选择结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超材料频率选择技术应用领域，公开了一种三维带通频率选择结构及其制作方法，三维带通频率选择结构包括：周期分布的多个带通频率选择单元，每个带通频率选择单元均包括表面等离激元面板单元和长×宽×高为a×b×h的金属方孔蜂窝，表面等离激元面板单元沿高度方向与金属方孔蜂窝连接，表面等离激元面板单元穿过金属方孔蜂窝的中心点且与金属方孔蜂窝中长度为a的面板平行，这种三维带通频率选择结构在实现宽带滤波的同时改善了频率截止效果，并且具备良好的角度稳定性。通过引入金属方孔蜂窝，增强了频率选择结构的力学性能。

Description

一种三维带通频率选择结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及超材料频率选择技术应用领域，特别涉及一种三维带通频率选择结构及其制作方法。
背景技术
频率选择结构在空间滤波器、天线罩体等设计中有着广泛的应用。对于传统的二维频率选择表面，想要获得带宽更宽、带内更平坦的滤波效果，通常采用多层结构级联的方式。随着超材料频率选择技术的深入发展，人们发现三维频率选择结构可通过控制电磁波的传播模式实现准椭圆滤波特性，从而改善滤波效果。但是，很多三维频率选择结构难以实现很好的频率截止效果，并且角度稳定性较差。
发明内容
本发明提供一种三维带通频率选择结构及其制作方法，可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种三维带通频率选择结构及其制作方法，包括：周期分布的多个带通频率选择单元，每个带通频率选择单元均包括表面等离激元面板单元和长×宽×高为a×b×h的金属方孔蜂窝，表面等离激元面板单元沿高度方向与金属方孔蜂窝连接，表面等离激元面板单元穿过金属方孔蜂窝的中心点且与金属方孔蜂窝中长度为a的面板平行。
所述表面等离激元面板单元是在单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板上，从中部自下而上均匀刻蚀出25条平行等距排列的金属线，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，铜面的厚度为0.036mm，金属线的长w×宽w1为8mm×0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，金属线的总高度与金属方孔蜂窝的高度h相等。
所述金属方孔蜂窝由厚度d为0.5mm的304不锈钢制成，金属方孔蜂窝的内尺寸为：长a×宽b×高h为16mm×8mm×10mm。
所述金属方孔蜂窝中长度为b的面板上设有供表面等离激元面板单元插入的插槽。
三维带通频率选择结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、准备多张高度为h厚度为d的第一金属面板，每张第一金属面板上每间隔长度a，从下边缘沿高度方向开设一条第一通槽，第一通槽的宽度为d，深度为h/2；
S2、准备多张高度为h厚度为d的第二金属面板，每张第二金属面板上每间隔长度b，从上边缘沿高度方向开设一条第二通槽，第二通槽的宽度为d，深度为h/2，在相邻两条第二通槽之间的b/2处，从上边缘沿高度方向开设一条第三通槽，第三通槽的宽度为t，深度为3h/5；
S3、准备多块高度为h的单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，覆铜厚度为0.036mm，每块单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板采用激光蚀刻，将其刻蚀成多组平行等距排列的金属线,即表面等离激元面板，金属线的长w和宽w1分别为8mm和0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，每组平行等距排列的金属线为25条，相邻两组平行等距排列的金属线之间的间距为a-w+d，在相邻两组平行等距排列的金属线之间的(a-w+d)/2处，从下边缘沿高度方向开设一条第四通槽，第四通槽的宽度为d，深度为2h/5；
S4、将多张第一金属面板上的多个第一通槽依次对应垂直插入多张第二金属面板上的多个第二通槽内，将多块表面等离激元面板上的多个第四通槽依次对应垂直插入第二金属面板上的多个第三通槽内。
还包括如下步骤：
S5、将第一金属面板和第二金属面板的连接处通过焊接，使得多张第一金属面板和多张第二金属面板固定连接；
S6、通过环氧树脂胶加固表面等离激元面板与第二金属面板的连接处。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中的三维带通频率选择结构能够实现11.51-13.83GHz频段内-3dB以上的带通滤波，并且有着良好的频率截止效果。在电磁波入射角小于50度的情况下，滤波特性保持稳定，具备良好的角度稳定性。另外，通过引入金属方孔蜂窝，较传统的频率选择结构，力学性能得到增强，提高了其工程应用价值。
附图说明
图1为本发明三维带通频率选择结构的结构示意图。
图2为本发明三维带通频率选择结构的单元俯视的结构尺寸示意图。
图3为本发明三维带通频率选择结构中表面等离激元面板单元的结构尺寸示意图。
图4为本发明三维带通频率选择结构中第一金属插板的结构尺寸示意图。
图5为本发明三维带通频率选择结构中第二金属插板的结构尺寸示意图。
图6为本发明三维带通频率选择结构中表面等离激元面板的结构尺寸示意图。
图7为本发明三维带通频率选择结构的实施例实物图。
图8为本发明电磁波垂直入射情况下的传输率和反射率曲线图。
图9为本发明电磁波斜入射情况下的传输率图谱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1、图2和图7所示，本发明实施例提供的一种三维带通频率选择结构包括：周期分布的多个带通频率选择单元，每个带通频率选择单元均包括表面等离激元面板单元和长×宽×高为a×b×h的金属方孔蜂窝，表面等离激元面板单元沿高度方向与金属方孔蜂窝连接，表面等离激元面板单元穿过金属方孔蜂窝的中心点且与金属方孔蜂窝中长度为a的面板平行。
需要说明的是：a的长度比b的长度长。
如图3所示，所述表面等离激元面板单元是在单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板上，从中部自下而上均匀刻蚀出25条平行等距排列的金属线，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，铜面的厚度为0.036mm，金属线的长w×宽w1为8mm×0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，金属线的总高度与金属方孔蜂窝的高度h相等。
所述金属方孔蜂窝由厚度d为0.5mm的304不锈钢制成，金属方孔蜂窝的内尺寸为：长a×宽b×高h为16mm×8mm×10mm。
所述金属方孔蜂窝中长度为b的面板上设有供表面等离激元面板单元插入的插槽。
三维带通频率选择结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、如图4所示，准备多张高度为h厚度为d的第一金属面板，每张第一金属面板上每间隔长度a，从下边缘沿高度方向开设一条第一通槽，第一通槽的宽度为d，深度为h/2；
S2、如图5所示，准备多张高度为h厚度为d的第二金属面板，每张第二金属面板上每间隔长度b，从上边缘沿高度方向开设一条第二通槽，第二通槽的宽度为d，深度为h/2，在相邻两条第二通槽之间的b/2处，从上边缘沿高度方向开设一条第三通槽，第三通槽的宽度为t，深度为3h/5；
S3、如图6所示，准备多块高度为h的单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板(F4BM-2)，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，覆铜厚度为0.036mm，每块单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板采用激光蚀刻，将其刻蚀成多组平行等距排列的金属线,即表面等离激元面板，金属线的长w和宽w1分别为8mm和0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，每组平行等距排列的金属线为25条，相邻两组平行等距排列的金属线之间的间距为a-w+d，在相邻两组平行等距排列的金属线之间的(a-w+d)/2处，从下边缘沿高度方向开设一条第四通槽，第四通槽的宽度为d，深度为2h/5；
S4、如图7所示，将多张第一金属面板上的多个第一通槽依次对应垂直插入多张第二金属面板上的多个第二通槽内，将多块表面等离激元面板上的多个第四通槽依次对应垂直插入第二金属面板上的多个第三通槽内。
还包括如下步骤：
S5、将第一金属面板和第二金属面板的连接处通过焊接，使得多张第一金属面板和多张第二金属面板固定连接；
S6、通过环氧树脂胶加固表面等离激元面板与第二金属面板的连接处。
图8为电磁波垂直入射进三维带通频率选择结构的情况下的透射率和反射率曲线，可见该结构能够实现11.51-13.83GHz频段内-3dB以上的带通滤波，同时在上截止频率处的截止效果十分显著。图9为电磁波斜入射三维带通频率选择结构的情况下的传输率图谱，可知：当入射角为20度时，该结构可实现11.46-13.84GHz频段内-3dB以上的带通滤波，滤波性能保持稳定；当入射角为50度时，该结构可实现11.4-13.79GHz频段内-3dB以上的带通滤波，滤波性能保持稳定；当入射角为55度时，该结构可实现11.4-13.22GHz和13.52-13.77频段内-3dB以上的带通滤波，此时通带带宽变窄，带数增多。因此，当电磁波入射角小于50度，该结构能够保持稳定的滤波特性。
本发明中的三维带通频率选择结构能够实现11.51-13.83GHz频段内-3dB以上的带通滤波，并且有着良好的频率截止效果。在电磁波入射角小于50度的情况下，滤波特性保持稳定。另外，通过引入金属方孔蜂窝，较传统的频率选择结构，力学性能得到增强，提高了其工程应用价值。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三维带通频率选择结构，其特征在于，包括：周期分布的多个带通频率选择单元，每个带通频率选择单元均包括表面等离激元面板单元和长×宽×高为a×b×h的金属方孔蜂窝，表面等离激元面板单元沿高度方向与金属方孔蜂窝连接，表面等离激元面板单元穿过金属方孔蜂窝的中心点且与金属方孔蜂窝中长度为a的面板平行。
2.如权利要求1所述的三维带通频率选择结构，其特征在于，所述表面等离激元面板单元是在单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板上，从中部自下而上均匀刻蚀出25条平行等距排列的金属线，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，铜面的厚度为0.036mm，金属线的长w×宽w1为8mm×0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，金属线的总高度与金属方孔蜂窝的高度h相等。
3.如权利要求1所述的三维带通频率选择结构，其特征在于，所述金属方孔蜂窝由厚度d为0.5mm的304不锈钢制成，金属方孔蜂窝的内尺寸为：长a×宽b×高h为16mm×8mm×10mm。
4.如权利要求1所述的三维带通频率选择结构，其特征在于，所述金属方孔蜂窝中长度为b的面板上设有供表面等离激元面板单元插入的插槽。
5.如权利要求1～4任一权利要求所述的三维带通频率选择结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、准备多张高度为h厚度为d的第一金属面板，每张第一金属面板上每间隔长度a，从下边缘沿高度方向开设一条第一通槽，第一通槽的宽度为d，深度为h/2；
S2、准备多张高度为h厚度为d的第二金属面板，每张第二金属面板上每间隔长度b，从上边缘沿高度方向开设一条第二通槽，第二通槽的宽度为d，深度为h/2，在相邻两条第二通槽之间的b/2处，从上边缘沿高度方向开设一条第三通槽，第三通槽的宽度为t，深度为3h/5；
S3、准备多块高度为h的单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板，聚四氟乙烯玻璃布板的厚度t为0.2mm，覆铜厚度为0.036mm，每块单面覆铜的聚四氟乙烯玻璃布板采用激光蚀刻，将其刻蚀成多组平行等距排列的金属线,即表面等离激元面板，金属线的长w和宽w1分别为8mm和0.2mm，上下相邻两条金属线之间的间隔w2为0.2mm，每组平行等距排列的金属线为25条，相邻两组平行等距排列的金属线之间的间距为a-w+d，在相邻两组平行等距排列的金属线之间的(a-w+d)/2处，从下边缘沿高度方向开设一条第四通槽，第四通槽的宽度为d，深度为2h/5；
S4、将多张第一金属面板上的多个第一通槽依次对应垂直插入多张第二金属面板上的多个第二通槽内，将多块表面等离激元面板上的多个第四通槽依次对应垂直插入第二金属面板上的多个第三通槽内。
6.如权利要求5所述的三维带通频率选择结构的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S5、将第一金属面板和第二金属面板的连接处通过焊接，使得多张第一金属面板和多张第二金属面板固定连接；
S6、通过环氧树脂胶加固表面等离激元面板与第二金属面板的连接处。
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