CN110768019B - 一种频率选择表面结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种频率选择表面结构，包括支撑层和导电层，所述支撑层的一侧表面设有图形凹槽，所述导电层设于所述图形凹槽内。通过上述结构，解决了频率选择表面结构三维曲面化困难的技术难题。

Description

一种频率选择表面结构
技术领域
本发明涉及电磁场与微波技术领域，尤其涉及一种频率选择表面结构。
背景技术
频率选择表面结构(Frequency Selective Surface,FSS)广泛应用于微波段和红外波段的频率选择表面结构，可用作滤波器，雷达罩，反射天线，隐身材料等，早在上世纪六十年代，国外就开展了频率选择表面结构(Frequency Selective Surface,FSS)的研究，目前已有较为系统的研究理论。国内在有关FSS的研究较晚，由于FSS广阔的应用领域，尤其是卫星通信和雷达系统，以及潜在的商业价值，近些年来发展十分迅速。FSS的理论与应用己成为微波毫米波技术领域的一个发展方向。但是到目前为止，我国对FSS的分析研究仍然与国外存在较大的差距，仅仅限于几种特殊的结构单元，鲜有对于特殊形状结构或者多层导电层频率选择表面结构的电磁响应特性研究。
频率选择表面结构(Frequency Selective Surface,FSS)是由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。其频率选择性源于其周期性结构与电磁波的相互作用，是一个对电磁波的入射角、极化方式、频率均有选择作用的空间滤波器。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现全反射(贴片型金属结构单元)或全透射(孔径型金属结构单元)。FSS与电磁波相互作用表现出明显的带阻(贴片型金属结构单元)或带通(孔径型金属结构单元)的滤波特性。FSS能对电磁波起到频率过滤的作用。它对电磁波的响应特性随着频率而变化，相同单元结构的FSS的中心工作频率和带宽受金属磁导率的影响而变化。带阻型FSS在中心频带内的入射电磁波呈现反射特性，而其他频带的入射电磁波则呈现透射特性。
但是，贴片型金属结构单元由于采用将金属结构单元凸出的贴合在支撑层外表面上，因此相对于内嵌型其厚度较厚，使FSS柔性差，整体透光率不高，三维曲面化难度大，设计难度大，制作工艺复杂的技术难题。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种易于三维曲面化的频率选择表面结构。
为实现前述发明目的，本发明提供一种频率选择表面结构，包括支撑层和导电层，所述支撑层的一侧表面设有图形凹槽，所述导电层设于所述图形凹槽内。
在其中一实施例中，所述导电层包括至少一个导电单元。
在其中一实施例中，所述导电单元材质为金属或石墨烯。
在其中一实施例中，所述图形凹槽包括至少一个凹槽单元。
在其中一实施例中，多个所述凹槽单元呈周期性排布或非周期性排布。
在其中一实施例中，多个所述凹槽单元之间没有间隔，或至少一个方向上有间隔。
在其中一实施例中，所述凹槽单元为“十”字型结构。
在其中一实施例中，所述支撑层由柔性高分子有机化合物制成。
在其中一实施例中，所述频率选择表面结构还包括覆盖层，所述覆盖层至少部分覆盖所述导电层或/和所述覆盖层至少部分覆盖所述支撑层。
在其中一实施例中，所述覆盖层由柔性高分子有机化合物制成。
本发明实施例在于提供一种频率选择表面结构，通过将导电层嵌入支撑层表面的图形凹槽中形成导电层单元层，使整体频率选择表面结构的厚度可设计得较小，实现超薄的频率选择表面结构，解决了频率选择表面结构三维曲面化困难的技术难题。
附图说明
图1为本发明实施例支撑层结构示意图；
图2为本发明实施例支撑层和导电层结构示意图；
图3为本发明实施例频率选择表面结构示意图；
图4为本发明实施例毫米级金属结构单元的频率选择表面结构带阻频段在微波区域的透波特性曲线；
图5为本发明实施例微米级金属结构单元的频率选择表面结构带阻频段在红外波区域的透波特性曲线。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方案及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参考图1-图3，本发明实施例公开一种频率选择表面结构，包括支撑层1和导电层2，支撑层1的一侧表面上设有图形凹槽11，导电层设于图形凹槽11。
在本实施例中，该频率选择表面结构为带阻型频率选择表面结构。
支撑层1采用柔性透明的高分子有机化合物(例如，聚甲基丙烯酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成，具有较好的柔性和透光率，可贴合在任意曲面上。
图形凹槽包括至少一个凹槽单元11，在同一频率选择表面结构中，多个凹槽单元11之间无间隔或至少一个方向上有间隔；多个凹槽单元11呈周期性排布或非周期性排布，优选地，采用阵列或蜂窝状排列。在本实施例中，凹槽单元11呈“十”字型，采用压印的方式在支撑层1上制作。凹槽单元11的数量根据需要决定，如支撑层1的大小或阻带的频率，可为一个或多个，同时，凹槽单元11的图形形状也根据不同的阻带频率设计。
导电层2包括至少一个导电单元，导电单元为金属结构单元。一个或多个金属结构单元组成金属结构单元层2，具体地，金属结构单元可为铜结构单元。金属结构单元由熔融的金属通过填充的方式嵌入凹槽单元11内形成，金属结构单元表面与支撑层1表面齐平。因此，金属结构单元的图形与凹槽单元11对应。
十字型等形状图案的导电层2具有较低的占空比，可实现频率选择表面结构的高透光率，与此同时，极薄的导电层2自身也带有一定柔性。制作的频率选择表面结构具备优良的柔性，从而令频率选择表面结构在贴合过程中不受贴合体外形的影响，这种结构的频率选择表面结构在具备光学高透过率的同时，又不影响贴合面的正常视图，可用作特定的观测和探测功能的高透明性光学窗，方法简单、易行。
不同频段的带阻型频率选择表面结构的频率选择特性由导电单元的特性(导电单元的图形、线宽、厚度，材质)来实现。在本实施例中，导电单元层呈矩形阵列排布，且以铜材质制作导电单元。如图2和图4，当支撑层1厚度为0.035mm，铜结构单元(“十”字型)线长为4.5mm，线宽为0.35mm，厚度为0.02mm，纵向和横向相邻的铜结构单元的间隔均为0.5mm时，此时铜结构单元为毫米级，毫米级铜结构单元的频率选择表面结构的带阻频段处于微波区域，在通道边缘的透射率出现陡降，传输系数迅速下降到-45dB，并在此后较宽的频带(26GHz-35GHz)内保持在-10dB以下，带外抑制性能良好。如图2和图5，当支撑层1厚度为30um，铜结构单元(“十”字型)线长为140um，线宽为20um，厚度为10um，纵向和横向相邻的铜结构单元的间隔均为10um时，此时铜结构单元为微米级铜结构单元的频率选择表面结构的带阻频段在红外波区域，在通道边缘透射率出现陡降，反射率出现陡增的特性，传输系数迅速下降到-40dB，并在此后较宽的频带(800GHz-1000GHz)内保持在-10dB以下，带外抑制性能良好。由上述可知，随着铜结构单元尺寸的增大，阻带由红外波段向微波段偏移。
在其他实施例中，导电层2也可由将石墨烯嵌入图形凹槽中形成，石墨烯透明度高，且质地薄，其优异的电光效应使得所述频率选择表面结构具备高透明度和较好的柔韧性。
导电层2上设有覆盖层3，覆盖层3可通过贴合的方式至少部分覆盖导电层2或/和覆盖层3至少部分覆盖支撑层1。在本实施例中，覆盖层3采用柔性透明的高分子有机化合物制成(例如聚甲基丙烯酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)，覆盖层3作为导电层2的防护层覆盖整个频率选择表面结构的表面，保护导电层2不受外界环境的侵蚀，从而增加了频率选择表面结构的使用寿命以及稳定性，同时使导电层2与支撑层1的贴合更紧密，增强了导电层2与支撑结构之间的附着力。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种频率选择表面结构，其特征在于，包括支撑层和导电层，所述支撑层的一侧表面设有图形凹槽，所述导电层设于所述图形凹槽内，所述导电层包括至少一个导电单元，所述导电单元为金属结构单元，金属结构单元由熔融的金属通过填充的方式嵌入凹槽单元内形成，金属结构单元表面与支撑层表面齐平，所述频率选择表面结构还包括覆盖层，所述覆盖层至少部分覆盖所述导电层或/和所述覆盖层至少部分覆盖所述支撑层，所述支撑层与所述覆盖层均采用柔性透明的高分子有机化合物制成；所述图形凹槽包括多个凹槽单元，所述凹槽单元为“十”字型结构，多个所述凹槽单元呈周期性排布且至少一个方向上有间隔。
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