CN109524789B - 一种应用于s波段的改进型fss结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于S波段的改进型FSS结构，自上而下依次包括第一金属层、第一介质基板、第二金属层和第二介质基板，其中，所述第一金属层呈卍形；所述第二金属层呈正方形，开设有第一十字形缝隙、多个第二十字形缝隙、多个卍形缝隙以及多个螺旋形缝隙，所述第一十字形缝隙和所述多个第二十字形缝隙将所述第二金属层分割成多个区域，每个所述卍形缝隙和每个所述螺旋形缝隙各自位于一个所述区域中。该改进型FSS结构的带宽很小，在S波段处，尤其在2.4GHz频段处具有极强的滤波特性；具有优秀的角度稳定性，在不同角度入射波照射时频率偏差不超过10MHz，且通过改变尺寸和介质材料，可在S波段的所有频率处灵活使用。

Description

一种应用于S波段的改进型FSS结构

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于S波段的改进型 FSS结构。

背景技术

频率选择表面(FSS)是一种空间电磁滤波结构，可在特定频段使电磁无损耗或低损耗通过，而使该频段外的电磁波被滤掉。FSS技术自其概念被提出后一直受到高度重视，如将该技术应用于飞行器雷达罩上，能够实现本方雷达正常工作，将敌方雷达工作频段的电磁波反射到其他方向，减小雷达散射截面，因而FSS是实现飞行器隐身技术的重要措施。

S波段是指频率范围在1.55-3.4GHz的电磁波频段，S波段，尤其是 2.4GHz频段，在无线通信领域具有极其广泛的应用，例如蓝牙技术、WIFI 技术、ZigBee技术以及无线USB技术等。然而，因为在设计上的难度较大，现在的研究主要还是更多的集中在高频波段，如Ka波段、K波段等。

现有用于S波段的FSS结构具有稳定性较差且频率带宽过大的问题，导致结构的滤波特性较差。并且现有的用于S波段的FSS结构单元尺寸较大，不满足如今追求小型化结构的趋势和需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于S波段的改进型FSS结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种应用于S波段的改进型FSS结构，自上而下依次包括第一金属层、第一介质基板、第二金属层和第二介质基板，其中，

所述第一金属层呈卍形；

所述第二金属层呈正方形，开设有第一十字形缝隙、多个第二十字形缝隙、多个卍形缝隙以及多个螺旋形缝隙，所述第一十字形缝隙和所述多个第二十字形缝隙将所述第二金属层分割成多个区域，每个所述卍形缝隙或每个所述螺旋形缝隙对应位于每个所述区域中。

在本发明的一个实施例中，所述第一十字形缝隙为1个、所述第二十字形缝隙为4个、所述卍形缝隙为12个，并且所述螺旋形缝隙为4个，其中，所述第一十字形缝隙和4个所述第二十字形缝隙将所述第二金属层分割成尺寸相同的16个区域。

在本发明的一个实施例中，所述第一十字形缝隙的中心与所述第二金属层的中心重合，并且所述第一十字形缝隙将所述第二金属层分割成尺寸相同的四个正方形。

在本发明的一个实施例中，所述第二十字形缝隙分别设置在由所述第一十字形缝隙分割的正方形中，并且所述第二十字形缝隙的一字型缝隙部分别平行于所述第一十字形缝隙的相应一字型缝隙部。

在本发明的一个实施例中，所述卍形缝隙分布在所述区域中靠近所述第二金属层四边的外侧区域中。

在本发明的一个实施例中，所述螺旋形缝隙分布在所述区域中靠近所述第二金属层中心的内侧区域中。

在本发明的一个实施例中，所述螺旋形缝隙的一端与所述第一十字形缝隙连通。

在本发明的一个实施例中，所述第一介质基板和所述第二介质基板均由RT/duroid 6006材料制成。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层均由Cu 金属制成。

在本发明的一个实施例中，所述第一介质基板、所述第二金属层和所述第二介质基板的尺寸均为10mm*10mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明应用于S波段的改进型FSS结构带宽很小，在S波段处，尤其在2.4GHz频段处具有极强的滤波特性，能够保护无线信号不被其他频率所干扰。

2、该应用于S波段的改进型FSS结构具有非常好的角度稳定性，在不同角度入射波照射时频率偏差不超过10MHz。

3、通过改变尺寸和介质材料，该应用于S波段的改进型FSS结构可在 S波段的所有频率处灵活使用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种应用于S波段的改进型FSS结构的主视图；

图2是本发明实施例提供的一种应用于S波段的改进型FSS结构的侧视图；

图3是本发明实施例提供的第一金属层的主视图；

图4是本发明实施例提供的第二金属层的主视图；

图5是本发明实施例提供的改进型FSS结构的滤波性能仿真图；

图6是本发明实施例提供的改进型FSS结构的角度稳定性仿真图；

图7是本发明实施例提供的改进型FSS结构在不同介质材料下的性能仿真图；

图8是本发明实施例提供的改进型FSS结构在不同单元尺寸下的性能仿真图。

附图标记如下：

1-第一金属层；2-第一介质基板；3-第二金属层；4-第二介质基板；5- 第一十字形缝隙；6-第二十字形缝隙；7-卍形缝隙；8-螺旋形缝隙。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明做详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

请参见图1至图4，图1是本发明实施例提供的一种应用于S波段的改进型FSS结构的主视图；图2是本发明实施例提供的一种应用于S波段的改进型FSS结构的侧视图；图3是本发明实施例提供的第一金属层的主视图；图4是本发明实施例提供的第二金属层的主视图。本实施例提供了一种应用于S波段的改进型FSS结构，其自上而下依次包括第一金属层1、第一介质基板2、第二金属层3和第二介质基板4，其中，第一金属层1呈卍形；第二金属层3呈正方形，开设有1个第一十字形缝隙5、多个第二十字形缝隙6、多个卍形缝隙7以及多个螺旋形缝隙8，第一十字形缝隙5和所述多个第二十字形缝隙6将第二金属层3分割成多个区域，每个所述卍形缝隙7和每个所述螺旋形缝隙8分别位于每个所述区域中。也就是说，每个区域中包括一个缝隙结构。

具体地，在本实施例中，第二金属层3上开设有1个第一十字形缝隙5、 4个第二十字形缝隙6、12个卍形缝隙7和4个螺旋形缝隙8，其中，第一十字形缝隙5和4个第二十字形缝隙6将第二金属层3分割成尺寸相同的 16个区域，每个卍形缝隙7和每个螺旋形缝隙8分别位于这16个区域中的一个区域内。

进一步地，第一十字形缝隙5的中心与第二金属层3的中心重合，并且第一十字形缝隙5将第二金属层3分割成尺寸相同的四个正方形。第二十字形缝隙6分别设置在由第一十字形缝隙5分割的所述正方形中，并且第二十字形缝隙6的两条边分别平行于第一十字形缝隙5的相应边。具体地，如图3所示，第二十字形缝隙6的水平一字型缝隙部平行于第一十字形缝隙5的水平一字型缝隙部，第二十字形缝隙6的竖向一字型缝隙部平行于第一十字形缝隙5的竖向一字型缝隙部。

进一步地，卍形缝隙7分布在由第一十字形缝隙5和4个第二十字形缝隙6分割的区域中靠近第二金属层3四边的外侧区域中。螺旋形缝隙8 分布在由第一十字形缝隙5和4个第二十字形缝隙6分割的区域中靠近第二金属层3中心的内侧区域中。具体地，12个所述卍形缝隙7围绕在4个所述螺旋形缝隙8的外侧。进一步地，螺旋形缝隙8的一端与第一十字形缝隙5连通。

在本实施例中，第二金属层3为中心对称形结构，使得其具有良好的稳定特性。

进一步地，第一介质基板2和第二介质基板4均由RT/duroid 6006材料制成。RT/duroid 6006是一种聚四氟乙烯填充了陶瓷或随机玻璃纤维的层压板，其相对介电常数为6.15，电切损耗为0.0019。第一金属层1和第二金属层3均由Cu金属制成。第一介质基板2、第二金属层3和第二介质基板 4的尺寸均为10mm*10mm。第一金属层1的总体尺寸略小于10mm*10mm。另外，在本实施例中，第一介质基板2和第二介质基板4的厚度相同，均为10mm。

请参见图3、图4和表1，表1是本发明实施例提供的第一金属层和第二金属层的详细几何参数。

表1.第一金属层和第二金属层的详细几何参数(单位：mm)

参数	W1	W2	W3	W4	W5
						值	1.0	4.2	1.0	0.2	0.2
参数	W6	W7	W8	W9	W10
						值	2.5	0.2	2.1	0.2	0.1
参数	W11	W12	W13	W14	W15
						值	0.1	2.2	1.6	1.2	2.1
参数	L1	L2	L3	L4	L5
						值	5.2	9.4	4.6	1.1	2.0
参数	L6	L7	L8	L9	L10
						值	9.8	2.2	1.5	1.0	2.0
参数	DX	DY
						值	10.0	10.0

此外，为了验证本实施例的改进型FSS结构的性能，以下将对该改进型FSS结构进行了多项仿真分析。

请参见图5，图5是本发明实施例提供的改进型FSS结构的滤波性能仿真图。通过HFSS软件对该结构进行仿真分析，从图5中可以看出，本实施例的改进型FSS结构的谐振频率为2.4GHz，带宽在-10dB处仅为30MHz，回波损耗为-14.28dB，也就是说，该改进型FSS结构对处于2.4GHz的无线信号具有出色的传输特性和滤波特性，并且能够很好地抵抗来自其他频率信号的干扰。

进一步地，为了研究本实施例改进型FSS结构的角度稳定性，其被入射角度为0°、15°、30°、45°、60°和75°的电磁波照射，可以获得该结构的频率特性。请参见图6，图6是本发明实施例提供的改进型FSS结构的角度稳定性仿真图。该改进型FSS结构在2.4GHz处具有强大的角度稳定性和出色的陡降特性，在不同角度电磁入射波照射下，频率偏差不超过10MHz，并且频率带宽都不超过30MHz。此结构的超窄带宽使得频率具有高度针对性，有效保证了信号传输，因此非常适用于无线信号的传输，具有优异的抗干扰能力。

此外，本实施例的改进型FSS结构在S波段具有灵活的可变性，可以通过调整第一介质基板和第二介质基板的材料以及该改进型FSS结构的尺寸大小来改变FSS结构的谐振频率。请参见图7、图8、表2和表3，图7 是本发明实施例提供的改进型FSS结构在不同介质材料下的性能仿真图；图8 是本发明实施例提供的改进型FSS结构在不同单元尺寸下的性能仿真图，表2是本实施例的改进型FSS结构在不同介质材料下的仿真参数，表 3是本实施例的改进型FSS结构在不同单元尺寸下的仿真参数。

表2.FSS结构在不同介质材料下的仿真参数

表3.FSS结构在不同单元尺寸下的仿真参数

可以看出，当第一介质基板和第二介质基板的材料以及该改进型FSS 结构的尺寸大小改变时，该结构仍具有窄带宽和高滤波特性。仿真结果表明了此FSS结构在不影响自身特性的情况下，可以灵活调整自身滤波频点，在S波段得到充分应用。通过改变尺寸和介质材料，该改进型FSS结构可在S波段的所有频率处灵活使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于S波段的改进型FSS结构，其特征在于，自上而下依次包括第一金属层(1)、第一介质基板(2)、第二金属层(3)和第二介质基板(4)，其中，

所述第一金属层(1)呈卍形；

所述第二金属层(3)呈正方形，开设有第一十字形缝隙(5)、多个第二十字形缝隙(6)、多个卍形缝隙(7)以及多个螺旋形缝隙(8)，所述第一十字形缝隙(5)和所述多个第二十字形缝隙(6)将所述第二金属层(3)分割成多个区域，每个所述卍形缝隙(7)或每个所述螺旋形缝隙(8)对应位于每个所述区域中；

所述第一十字形缝隙(5)为1个、所述第二十字形缝隙(6)为4个、所述卍形缝隙(7)为12个，并且所述螺旋形缝隙(8)为4个，其中，所述第一十字形缝隙(5)和4个所述第二十字形缝隙(6)将所述第二金属层(3)分割成尺寸相同的16个区域；

所述第一十字形缝隙(5)的中心与所述第二金属层(3)的中心重合，并且所述第一十字形缝隙(5)将所述第二金属层(3)分割成尺寸相同的四个正方形；

所述第二十字形缝隙(6)分别设置在由所述第一十字形缝隙(5)分割的正方形中，并且所述第二十字形缝隙(6)的一字型缝隙部分别平行于所述第一十字形缝隙(5)的相应一字型缝隙部；

所述卍形缝隙(7)分布在所述区域中靠近所述第二金属层(3)四边的外侧区域中；

所述螺旋形缝隙(8)分布在所述区域中靠近所述第二金属层(3)中心的内侧区域中；

所述螺旋形缝隙(8)的一端与所述第一十字形缝隙(5)连通，并且四个所述螺旋形缝隙(8)绕所述第一十字形缝隙(5)呈中心对称。

2.根据权利要求1所述的改进型FSS结构，其特征在于，所述第一介质基板(2)和所述第二介质基板(4)均由RT/duroid 6006材料制成。

3.根据权利要求1所述的改进型FSS结构，其特征在于，所述第一金属层(1)和所述第二金属层(3)均由Cu金属制成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的改进型FSS结构，其特征在于，所述第一介质基板(2)、所述第二金属层(3)和所述第二介质基板(4)的尺寸均为10mm*10mm。

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