CN111430928A - 一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构，属于电磁场与微波技术领域。本发明提出的频率选择表面自上而下依次包括：第一频率选择表面层、介质层和第二频率选择表面层，其中，第一频率选择表面层由周期排列的复合周期单元结构组成，第二频率选择表面层由金属屏上周期排列的Y形孔径单元组成，介质层的介电常数为2.0~5.0，厚度为0.1mm‑0.5mm。本发明具有周期单元结构简单、剖面低、易于随形贴敷、超宽的阻带带宽、阻带顶部平坦、阻带边缘陡直性好的优势，同时具有良好的入射角度稳定性。

Description

一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构。
背景技术
频率选择表面（FSS）是一种能够对电磁波进行调控的人工电磁材料，具有独特的滤波功能，广泛地应用于雷达隐身、航空航天、卫星通信等领域。频率选择表面也是新型武器装备隐身性能以及现有武器装备隐身性能改良的主要技术，被广泛地应用于可见光、红外、毫米波、微波等波段。
随着宽带和超宽带雷达的研发与应用，宽带通信需求增加，FSS的宽带特性需求也越来越迫切。在以往的研究中，为了获得FSS的宽频带特性，一般采用卷曲、交指技术或多层FSS阵列级联技术，但是这两种技术均会导致设计变量增加，不仅带来设计上的困难，还易导致宽带FSS剖面高，使FSS在实际应用中遇到无法随形、难于贴覆的瓶颈。同时在应用空间受限、大曲率的情况下，难以获得稳定的电磁传输特性始终是FSS在实际应用中的技术难题。因此，如何利用低剖面结构实现稳定传输和宽工作带宽是一个有待突破的技术瓶颈。
发明内容
本发明提供了一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构，旨在解决现有技术中难以利用低剖面FSS实现宽频带稳定传输的技术问题，技术方案如下。
本发明提供了一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构，自上而下依次包括：第一频率选择表面层（1）、介质层（2）和第二频率选择表面层（3）。
所述第一频率选择表面层（1）由周期排列的复合周期单元结构（4）组成。
所述第二频率选择表面层（3）由金属屏（7）上周期排列的Y形孔径单元（8）组成。
所述介质层（2）的介电常数为2.0~5.0，厚度为0.1 mm -0.5mm。
所述复合周期单元结构（4）由第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）组成。
所述第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）均具有三个臂，且各臂的臂长相等、各臂的臂宽相等，相邻两个臂之间成120°夹角。
所述Y形孔径单元（8）是所述第一Y形金属贴片单元（5）的互补结构。
所述的第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）的中心均与所述Y形孔径单元（8）的中心重合。
所述第一Y形金属贴片单元（5）、第二Y形金属贴片单元（6）和金属屏（7）的材料均为铜箔。
相比现有技术，具有以下有益效果。
（1）本发明提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构由具有复合周期单元的Y形贴片FSS层、介质层、Y形孔径FSS层构成，结构简单，便于加工制作。
（2）本发明提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构的整体厚度接近于介质层厚度，即0.1 mm -0.5mm，具有低剖面的良好性能，易于随形贴覆。
（3）本发明提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构适用于微波频段，具有超宽的阻带带宽，且阻带顶部平坦，阻带边缘陡直性好。
（4）本发明提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构具有良好的入射角度稳定性，在电磁波入射角度为60°时，阻带带宽较为稳定，具有较为稳定的传输特性。
附图说明
图1为本发明的频率选择表面结构剖面示意图；
图2为本发明的第一频率选择表面层（1）的局部示意图；
图3为本发明的复合周期单元结构（4）的复合周期单元结构示意图；
图4为本发明的第二频率选择表面层（3）的局部示意图；
图5为本发明的Y形孔径单元（8）的周期单元结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构进行具体说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构从上到下依次包括第一频率选择表面层1、介质层2和第二频率选择表面层3，所述介质层2的介电常数为2.0~5.0，厚度d为0.1 mm -0.5mm。
如图2所示，本实施例提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构的第一频率选择表面层1由周期排列的复合周期单元结构4组成。
如图3所示，复合周期单元结构4由第一Y形金属贴片单元5和第二Y形金属贴片单元6组成。第一Y形金属贴片单元5和第二Y形金属贴片单元6均具有三个臂，且各臂的臂长相等、各臂的臂宽相等，相邻两个臂之间成120°夹角，即L1=L2，w1=w2，α=120°。
如图4和5所示，本实施例提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构的第二频率选择表面层3由金属屏7上周期排列的Y形孔径单元8组成，且所述Y形孔径单元8是所述第一Y形金属贴片单元5的互补结构，因此，Y型孔径单元8与第一Y形金属贴片单元5具有相同的结构参数，即各臂的臂长相等、各臂的臂宽相等，相邻两个臂之间成120°夹角，即L3=L1，w3=w1，α=120°。
第一Y形金属贴片单元5、第二Y形金属贴片单元6和金属屏7的材料均为铜箔。
本实施例提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其周期单元结构的特征参数为Dx1=8.0mm，Dx2=4.0mm，Dy1= Dy2=4.2mm，L1=L2=L3=2mm，w1=w2=w3=0.5mm，所述介质层2的介电常数为3.0，厚度d为0.2mm。
图6为本实施例的仿真结果，图6（a）和（b）分别是TE极化波入射角度从0°变化到60°的反射系数和透射系数曲线，可以看到该实施例提供的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构在14-19GHz范围内产生了顶部极为平坦，边缘陡直性较好的阻带，且该频率选择表面具有良好的入射角度稳定性。
本发明提出的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构能够实现低剖面结构的宽频带稳定传输。

Claims (7)

1.一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，自上而下依次包括：第一频率选择表面层（1）、介质层（2）和第二频率选择表面层（3），其中，所述第一频率选择表面层（1）由周期排列的复合周期单元结构（4）组成，所述第二频率选择表面层（3）由金属屏（7）上周期排列的Y形孔径单元（8）组成。
2.根据权利要求1所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，所述介质层（2）的介电常数为2.0~5.0，厚度为0.1 mm ~0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，所述复合周期单元结构（4）由第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）组成。
4.根据权利要求3所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，所述第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）均具有三个臂，且各臂的臂长相等、各臂的臂宽相等，相邻两个臂之间成120°夹角。
5.根据权利要求1和3任一项所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，所述Y形孔径单元（8）是所述第一Y形金属贴片单元（5）的互补结构。
6.根据权利要求1、3和5任一项所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，第一Y形金属贴片单元（5）和第二Y形金属贴片单元（6）的中心均与Y形孔径单元（8）的中心重合。
7.根据权利要求1和3任一项所述的一种宽带复合耦合型频率选择表面结构，其特征在于，第一Y形金属贴片单元（5）、第二Y形金属贴片单元（6）和金属屏（7）的材料均为铜箔。
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