CN110299586A - 一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构 - Google Patents

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李鹏发
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周志鹏
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Abstract

本发明公开了一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构，属于天线工程技术领域。该结构为单层金属结构，由若干的表面单元二维周期性排列组成，每个表面单元包括正方形金属环和从正方形金属环四角向中心伸出的突出枝节。该频率选择表面采取纯金属材料加工，其带内损耗低，易于共形，适用于毫米波频段的应用，如毫米波天线罩。该频率选择表面单元为孔径型，在谐振点附近为通带。孔径形状为蝶形偶极子，其带宽远大于传统的偶极子，可比拟环形孔径，但环形孔径存在被打断的金属结构，无法用纯金属材料加工。使用该频率选择表面作为天线罩，对天线辐射特性几乎没有影响，损耗在0.5dB左右。

Description

一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构
技术领域
本发明属于天线工程技术领域，涉及一种频率选择表面。
背景技术
频率选择表面(FSS)可以对空间中的电磁波进行滤波。通过将不同尺寸的频率选择表面单元组阵，构成具有特定的反射/透射相位分布的超材料，并用馈源，如喇叭天线，照射超材料可以实现具有高增益的反射阵/透射阵天线。如在文献“Nonuniform FSS-BackedReflectarray With Synthesized Phase and Amplitude Distribution”和“Ku-BandTransmitarrays With Improved Feed Mechanism”中分别提出了基于频率选择表面的高增益反射阵、透射阵天线，由于不需要额外的功分馈电网络，具有结构简单、高效率的优点。此外，用频率选择表面设计天线罩，可以实现低带外雷达散射截面(RCS)，如在文献“Designof Frequency Selective Surface Structure With High Angular Stability forRadome Application”中提出了基于多层频率选择表面的天线罩。
文献“Techniques for Analyzing Frequency Selective Surfaces-A Review”总结了传统的频率选择表面单元，从单元形状上常用的有偶极子、环形单元，从功能上可以分为贴片型和孔径型，分别可以在谐振点实现反射和透射。用于透射阵和天线罩设计的频率选择表面单元需要选择孔径型，通常，环形单元相比于偶极子形单元具有更大的带宽、更低的带内损耗、更小的单元尺寸。大部分频率选择表面均采用介质板(PCB)工艺加工，然而，在毫米波频段，介质板损耗较大，其电特性随温度上升而变化，且用于天线罩时不利于实现共形。
发明内容
本发明在背景技术的基础上，提出一种新型的透射式(孔径型)蝶形偶极子单元，采用纯金属材料，不需要介质板，且具有与环形单元相近的宽带、带内低损耗特性，易于实现共形，可以更好地工作在毫米波频段。
本发明采用的技术方案为：一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构，该结构为单层金属结构，由若干的表面单元二维周期性排列组成，每个表面单元包括正方形金属环和从正方形金属环四角向中心伸出的突出枝节。
进一步的，所述突出枝节为锥形结构。
进一步的，所述金属结构的材料为铜。
进一步的，所述单层金属结构的厚度为0.2mm，所述表面单元尺寸为1.75mm×1.75mm；所述突出枝节为方尖碑形,该方尖碑形突出枝节末端两斜边夹角为90°,所述两个突出枝节间底部间距d1为1.2mm，顶部间距d2为0.6mm；所述突出枝节的底部与金属环外边沿距离d3为0.065mm，所述突出枝节两斜边底端与金属环一条外边沿的距离d4、d5分别为0.47mm、0.575mm。
进一步的，将该频率选择结构加载在高增益喇叭天线口径上方，喇叭天线口径尺寸为26mm×20mm，频率选择结构尺寸为56mm×49mm，二者距离10mm。
本发明采用纯金属材料，没有介质损耗，且利于实现共形。环形的透射式单元会截断完整的金属结构，需要介质支撑；传统的偶极子形单元通带带宽较小，带内损耗较高。本发明通过采用蝶形偶极子单元，获得了与环形单元相近的带宽和带内损耗，且可以通过纯金属加工实现。
附图说明
图1为本发明频率选择结构俯视图。
图2为本发明频率选择结构表面单元俯视图。
图3为三种频率选择表面透射率随频率变化曲线。
图4为高增益喇叭天线照射本发明频率选择表面示意图。
图5为无加载/加载频率选择结构时喇叭天线的增益曲线。
图6为无加载/加载频率选择结构时喇叭天线方向图。
具体实施方式
本实施例中频率选择表面结构如图1，由多个频率选择表面单元在二维平面上周期性排布构成，单元结构如图2。采用的工艺为激光切割，频率选择表面材料为铜，厚度为0.2mm。单元尺寸为1.75×1.75mm2，工作在W波段，由周围的金属结构1和内部设置的交叉蝶形偶极子槽2构成。
图3给出了本发明频率选择表面和传统的偶极子形、环形的孔径型频率选择表面透射率的性能对比。从图中可见，本发明中蝶形偶极子结构具有与环形结构可以比拟的通带带宽，远高于的传统的偶极子形频率选择表面；带内损耗也更低，在81～108GHz低于-1dB，在92～99GHz低于-0.1dB，且相比于另外两个结构在140GHz附近多了一个高频阻带。
将该频率选择表面结构加载在高增益喇叭天线口径上方，喇叭天线口径尺寸为26×20mm2，频率选择表面尺寸为56×49mm2，二者距离10mm，见图4。加载前与加载后的天线增益见图5，94GHz方向图见图6，加载频率选择结构(FSS)后天线增益下降约0.5dB，方向图并无显著变化，主瓣几乎一致，30°以上的副瓣开始出现一定偏差。可见该频率选择表面作为天线罩对天线辐射特性几乎没有影响。

Claims (5)

1.一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构，该结构为单层金属结构，由若干的表面单元二维周期性排列组成，每个表面单元包括正方形金属环和从正方形金属环四角向中心伸出的突出枝节。
2.如权利要求1所述的一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构,其特征在于所述突出枝节为锥形结构。
3.如权利要求1所述的一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构,其特征在于所述金属结构的材料为铜。
4.如权利要求1所述的一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构,其特征在于将该频率选择结构加载在高增益喇叭天线口径上方，喇叭天线口径尺寸为26mm×20mm，频率选择结构尺寸为56mm×49mm，二者距离10mm。
5.如权利要求2所述的一种结构简单的毫米波宽带高效率频率选择结构,其特征在于所述单层金属结构的厚度为0.2mm，所述表面单元尺寸为1.75mm×1.75mm；所述突出枝节为方尖碑形,该方尖碑形突出枝节末端两斜边夹角为90°,所述两个突出枝节间底部间距d1为1.2mm，顶部间距d2为0.6mm；所述突出枝节的底部与金属环外边沿距离d3为0.065mm，所述突出枝节两斜边底端与金属环一条外边沿的距离d4、d5分别为0.47mm、0.575mm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931983A (zh) * 2019-11-25 2020-03-27 电子科技大学 一种用于平面双极化毫米波宽带频率选择表面
CN112713406A (zh) * 2020-12-21 2021-04-27 杭州电子科技大学 基于fss的平面集成毫米波滤波喇叭天线
CN113690625A (zh) * 2021-08-12 2021-11-23 电子科技大学 一种单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107591596A (zh) * 2017-08-09 2018-01-16 电子科技大学 一种q波段大功率毫米波带阻型频率选择表面
CN107689488A (zh) * 2017-07-27 2018-02-13 西安理工大学 应用于超宽带天线的频率选择表面结构
CN108565557A (zh) * 2018-04-20 2018-09-21 西安天和防务技术股份有限公司 一种频率选择表面及超薄频选天线罩

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107689488A (zh) * 2017-07-27 2018-02-13 西安理工大学 应用于超宽带天线的频率选择表面结构
CN107591596A (zh) * 2017-08-09 2018-01-16 电子科技大学 一种q波段大功率毫米波带阻型频率选择表面
CN108565557A (zh) * 2018-04-20 2018-09-21 西安天和防务技术股份有限公司 一种频率选择表面及超薄频选天线罩

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALIYA A DEWANI ET AL: ""Miniaturised meandered square frequency selective surface on a thin flexible dielectric with selective transmission"", 《FLEXIBLE AND PRINTED ELECTRONICS》 *
FAN YU ET AL: ""Polarization-insensitive wide-angle-reception metasurface with simplified structure for", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
杨国辉等: "《新型微波频率选择表面设计方法》", 30 June 2018, 哈尔滨工业大学出版社 *
陆振刚: ""基于圆环和双层金属网栅结构的光学窗电磁屏蔽方法研究"", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931983A (zh) * 2019-11-25 2020-03-27 电子科技大学 一种用于平面双极化毫米波宽带频率选择表面
CN110931983B (zh) * 2019-11-25 2021-04-30 电子科技大学 一种用于平面双极化毫米波宽带频率选择表面
CN112713406A (zh) * 2020-12-21 2021-04-27 杭州电子科技大学 基于fss的平面集成毫米波滤波喇叭天线
CN112713406B (zh) * 2020-12-21 2022-04-29 杭州电子科技大学 基于fss的平面集成毫米波滤波喇叭天线
CN113690625A (zh) * 2021-08-12 2021-11-23 电子科技大学 一种单层全金属带通型自支撑频率选择表面结构

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