CN110011067A - 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构 - Google Patents

一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构 Download PDF

Info

Publication number
CN110011067A
CN110011067A CN201910316877.4A CN201910316877A CN110011067A CN 110011067 A CN110011067 A CN 110011067A CN 201910316877 A CN201910316877 A CN 201910316877A CN 110011067 A CN110011067 A CN 110011067A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
selective surfaces
cross shape
cross
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910316877.4A
Other languages
English (en)
Inventor
韩旭
丁帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201910316877.4A priority Critical patent/CN110011067A/zh
Publication of CN110011067A publication Critical patent/CN110011067A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Abstract

本发明公开一种频率选择表面结构，包括上层介质层、频率选择表面和下层介质层。本发明提供的频率选择表面为耶路撒冷十字架形结构加载支节后的复合结构，频率选择表面该无源谐振单元由4个耶路撒冷十字架形结构与2根互相垂直的支节复合而成，在2根互相垂直的支节的4个端点处连接耶路撒冷十字架形结构，连接点为耶路撒冷十字架形结构删除一个臂矩形后的十字架的端点处。该结构在6‑8GHZ的吸波范围内S11参数达到了‑15db，这种结构在2.2‑2.8GHZ和11‑12GHZ出现了一个很大的吸收峰，在45°以下的入射波角度的三个吸收波段内都有很好的吸波效果，拥有很好的角度稳定性。可用于通信、环保及人体防护等诸多领域。

Description

一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构
技术领域
本发明涉及电磁场与微波通信的技术领域，具体涉及一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构。
背景技术
传统的滤波贴片单元，在平面波入射时，金属部分等效成电感，缝隙部分等效成电容，因此，整个单元可等效为LC串联谐振电路。当入射波的频率较高时，电感的阻值较大，两个端口的传输能力较强，当入射波的频率较低时，则电容的阻值较大，两个端口的传输能力还是较强，当入射波频率达到其谐振频率时，LC串联效果变为阻抗最小，两端口间的传输能力最弱，实现贴片结构的带阻滤波特性。
现今的通讯系统种类越来越多的同时，相近的两个波段的电磁波就有可能会产生波段重合的情况，这是通讯器材设计时所必须解决的问题。因此，拥有较小的有效频带，可以有效的提高现代通讯系统传递信息的质量。这种特性对应着频率选择表面(FSS)对于有效频率的选择作用，具体的表现形式为通频带(孔径型)或阻频带(贴片型)的带宽大小，即选择性的好坏。根据传输线理论，通过提高品质因数Q，来改善整个电路的频选特性，Q值越大，频选特性越好。一般通过加载电阻元件的方法来改变整个等效电路的Q值，但是，整个电路的谐振频率改变的幅度也会增加，过大的谐振频率改变幅度一方面会导致器件设计难度大大提高，无法达到我们所需要的谐振频率，一方面由于加工误差或者实际应用环境的误差，会增加器件工作的不稳定性。
发明内容
针对现有技术中，对小型化FSS单元的等效电路品质因数Q的提升困难，导致小型化FSS单元对频率的选择性不高的问题，本发明提供一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，其目的在于：优化贴片型频率选择表面，使得该吸波结构对频率的选择性提高，并且提高频率选择表面的角度稳定性、提高吸波性能且实现三波段吸波的功能。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，包括上层介质层、频率选择表面和下层介质层，所述频率选择表面由一个十字形结构和四个分别连接在十字形结构的四个端点处的耶路撒冷十字架形结构组成，所述耶路撒冷十字架形结构的形状为耶路撒冷十字架形删除一个臂矩形后的形状，所述耶路撒冷十字架形结构上删除一个臂矩形后形成的端点为与十字形结构之间的连接点。
采用该技术方案后，加入的耶路撒冷十字架形结构中包含大量的相互垂直枝节单元，使整个等效电路的总电感L有所增加，总电容C基本不变，使得整个单元结构的谐振频率有所降低，这也在实现了FSS单元的小型化设计的同时，增加了整个等效电路的品质因数Q，使得新型结构比传统方形环的频率选择性更好。并且，通过加载支节结构的方式，在基本不改变原来结构单元尺寸的基础上，能够改善FSS的各种特性，提高频率选择表面的角度稳定性、提高吸波性能且实现三波段吸波的功能。
优选的，上层介质层与下层介质层采用相对介电常数ε'＝4且损耗角正切tanδ＝0.1的材料。
优选的，上层介质层厚度为11.50mm，所述下层介质层的厚度为5.90mm，上层介质层与下层介质层的长度与宽度都为21.00mm。
优选的，频率选择表面的表面电阻为10.0ohm/sq，频率选择表面的整个单元长度为20.20mm，耶路撒冷十字架形结构的臂矩形宽度为0.60mm，耶路撒冷十字架形结构的臂矩形长度为3.00mm，十字形结构21由两个相互支节组成，十字形结构的每一个支节的长度为3.40mm。
上述优选的方案中，遗传算法优化对结构的尺寸和参数进行了优选，使得本结构通过在耶路撒冷十字架的基础上额外加载大量的支节结构，在不改变总体面积的情况下大大的增加了结构的电长度，实现了频率选择表面的小型化设计。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.加入的耶路撒冷十字架形结构中包含大量的相互垂直枝节单元，使整个等效电路的总电感L有所增加，总电容C基本不变，使得整个单元结构的谐振频率有所降低，这也在实现了FSS单元的小型化设计的同时，增加了整个等效电路的品质因数Q，使得新型结构比传统方形环的频率选择性更好。
2.通过加载支节结构的方式，在基本不改变原来结构单元尺寸的基础上，能够改善FSS的各种特性，提高频率选择表面的角度稳定性、提高吸波性能且实现三波段吸波的功能。具体的，该结构在6-8GHz的吸波范围内S11参数达到了-25db，且这种结构在2.2-2.8GHz和11-12GHz也出现了一个很大的吸收峰；且在45°以下的入射波角度内的上述三个吸收波段内都有很好的吸波效果，即拥有很好的角度稳定性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明中立体结构示意图。
图2为本发明中频率选择表面示意图。
图3为本发明实施例中频率选择表面的尺寸设计图(单位：mm)。
图4为本发明的S11示意图。
图5为本发明的吸波率示意图。
其中：1-上层介质层，2-频率选择表面，21-十字形结构，22-耶路撒冷十字架形结构，3-下层介质层。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1至图5对本发明作详细说明。
参照图1和图2，基于频率选择表面的复合宽带吸波结构，包括上层介质层1、频率选择表面2和下层介质层3。频率选择表面2印制在下层介质3的上表面，或者也可印制在上层介质层1的下表面。上层介质层1和下层介质层3形成上下层叠结构。频率选择表面2为无源谐振单元，由一个十字形结构21和四个分别连接在十字形结构21的四个端点处的耶路撒冷十字架形结构22组成。十字形结构21由两个相互支节组成，相邻支节之间相互垂直所述耶路撒冷十字架形结构22的形状为耶路撒冷十字架形删除一个臂矩形后的形状，所述耶路撒冷十字架形结构22上删除一个臂矩形后形成的端点为与十字形结构21之间的连接点。
上层介质层1与下层介质层2采用相对介电常数ε'＝4，损耗角正切tanδ＝0.1的材料，这种材料优选为根据文献“材料科学与工艺,2016,24(01):90-96”所制备的铁氧体/碳化硅/石墨三层涂层复合材料，三层材料中以涤纶为基布，环氧树脂为基体，并且分别以铁氧体、碳化硅和石墨作为吸波剂，其中，铁氧体的质量分数为60％，碳化硅质量分数为36％，石墨质量分数为24％。上层介质层1厚度为11.50mm，下层介质层3的厚度为5.90mm，上层介质层1与下层介质层3的长度与宽度都为21.00mm。
参照图3，频率选择表面2由四个耶路撒冷十字架形结构22与两根互相垂直的支节复合而成，在两根互相垂直的支节的四个端点处连接耶路撒冷十字架形结构22，连接点为耶路撒冷十字架形结构22删除一个臂矩形后的十字架的端点处。频率选择表面2的表面电阻为10.0ohm/sq，频率选择表面2整个单元长度为20.20mm，臂矩形宽度为0.60mm，四个耶路撒冷十字架形结构22中臂矩形长度为3.00mm，十字架形结构22的支节长度为3.40mm。
参照图4，图4是本发明频率选择表面结构的S11的结果曲线图。在本实施例中，利用仿真软件HFSS对频率选择表面结构进行仿真，得到所述频率选择表面结构的S11仿真结果。由图3可知，该结构在6-8GHz的吸波范围内S11参数达到了-25db，这种结构在2.2-2.8GHz和11-12GHz出现了一个很大的吸收峰，在45°以下的入射波角度的三个吸收波段内都有很好的吸波效果，拥有很好的角度稳定性。
参照图5，基于频率选择表面的复合宽带吸波结构在6-8GHz的带宽内吸收率在99％以上，在2GHz的频率范围内有一个非常好的吸波特性。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，包括上层介质层(1)、频率选择表面(2)和下层介质层(3)，其特征在于：所述频率选择表面(2)由一个十字形结构(21)和四个分别连接在十字形结构(21)的四个端点处的耶路撒冷十字架形结构(22)组成，所述耶路撒冷十字架形结构(22)的形状为耶路撒冷十字架形删除一个臂矩形后的形状，所述耶路撒冷十字架形结构(22)上删除一个臂矩形后形成的端点为与十字形结构(21)之间的连接点。
2.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，其特征在于：所述上层介质层(1)与下层介质层(2)采用相对介电常数ε'＝4且损耗角正切tanδ＝0.1的材料。
3.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，其特征在于：所述上层介质层(1)厚度为11.50mm，所述下层介质层(3)的厚度为5.90mm，上层介质层(1)与下层介质层(3)的长度与宽度都为21.00mm。
4.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构，其特征在于：所述频率选择表面(2)的表面电阻为10.0ohm/sq，频率选择表面(2)的整个单元长度为20.20mm，耶路撒冷十字架形结构(22)的臂矩形宽度为0.60mm，耶路撒冷十字架形结构(22)的臂矩形长度为3.00mm，十字形结构(21)由两个相互支节组成，十字形结构(21)的每一个支节的长度为3.40mm。
CN201910316877.4A 2019-04-19 2019-04-19 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构 Pending CN110011067A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910316877.4A CN110011067A (zh) 2019-04-19 2019-04-19 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910316877.4A CN110011067A (zh) 2019-04-19 2019-04-19 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110011067A true CN110011067A (zh) 2019-07-12

Family

ID=67173107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910316877.4A Pending CN110011067A (zh) 2019-04-19 2019-04-19 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110011067A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112164894A (zh) * 2020-08-31 2021-01-01 中通服咨询设计研究院有限公司 一种x和s波段的有源可重构频率选择表面

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009075449A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Frequency selective surface structure for multi frequency bands
CN202259698U (zh) * 2011-10-25 2012-05-30 哈尔滨理工大学 基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器
EP2544307A1 (en) * 2011-03-15 2013-01-09 Kuang-Chi Institute of Advanced Technology Artificial microstructure and artificial electromagnetic material using same
CN109088172A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 成都邑电信息技术服务有限公司 一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009075449A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Frequency selective surface structure for multi frequency bands
EP2544307A1 (en) * 2011-03-15 2013-01-09 Kuang-Chi Institute of Advanced Technology Artificial microstructure and artificial electromagnetic material using same
CN202259698U (zh) * 2011-10-25 2012-05-30 哈尔滨理工大学 基于分形结构多带极化不敏感太赫兹超材料吸收器
CN109088172A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 成都邑电信息技术服务有限公司 一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112164894A (zh) * 2020-08-31 2021-01-01 中通服咨询设计研究院有限公司 一种x和s波段的有源可重构频率选择表面
CN112164894B (zh) * 2020-08-31 2022-01-14 中通服咨询设计研究院有限公司 一种x和s波段的有源可重构频率选择表面

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110165421A (zh) 一种宽带吸波频率选择表面
CN106450795B (zh) 一种双频极化不敏感单层超材料吸波结构
US20120139814A1 (en) Frequency stabilization circuit, antenna device, and communication terminal device
CN103943967A (zh) 超薄型金属电阻复合多频吸波材料
CN106464225B (zh) 共模滤波器
CN110504549A (zh) 基于石墨烯的吸透一体化频率选择表面
CN107666298A (zh) 层叠滤波器
CN103915667B (zh) 采用馈电结构来抑制三次谐波的ltcc带通滤波器
CN107706538B (zh) 一种耗散型宽频带吸波fss结构及制备方法
CN105655721A (zh) 基于频率选择表面的双波段复合宽频带吸波材料
CN101540207A (zh) 一种平板式吸波材料
CN103490171A (zh) 一种复合宽频带吸波材料
CN109560390A (zh) 一种金属电阻复合多层多频宽频吸波材料
CN105958212A (zh) 全向双频段吸波材料
CN106058478A (zh) 一种高低频兼顾的可调谐宽带吸波复合超材料
CN108879109A (zh) 加载FSS的超宽带角度稳定Salisbury吸波屏
CN206040983U (zh) 一种天线及其吸波器
CN110011067A (zh) 一种基于频率选择表面的支节加载三波段吸波结构
CN206003935U (zh) K波段发卡式ltcc滤波器
CN106332533A (zh) 吸波超材料
CN109088172A (zh) 一种基于频率选择表面的支节加载三频带复合型吸波结构
CN106329150A (zh) 一种吸波超材料
CN203339295U (zh) 一种短路多频段微带天线
CN202308258U (zh) 集成了单频带通滤波器的功率分配器
CN112635941A (zh) 用于5g通信的小型化介质滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190712