CN111769368A - 基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化频率选择表面 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一款基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS。技术方案包括周期性设置的FSS单元；每个FSS单元包括三层结构。其中，第一层为阻抗表面层(1)，第二层为空气夹层(2)，第三层为带通FSS层(3)。其中，阻抗表面层(1)包括介质板(4)，印制在介质板(4)中心位置的一个缝隙型谐振器(6)，印制在介质板(4)上的四条相同的金属条带(8)，四条金属条带(8)均匀地分布在缝隙型谐振器(6)的四周，并且每条金属条带(8)通过一个电阻(7)与缝隙型谐振器(6)相连接。第三层即带通FSS层，也称透波层。本发明提出的吸波与透波一体化FSS结构简单，设计方便。

Description

基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化频率选择表面
技术领域
本发明属于电磁周期结构技术领域，涉及一种具有吸波与透波一体化特性的FSS(Frequency Selective Surface，频率选择表面)。
背景技术
FSS通常是由大量无源谐振单元组成的二维周期阵列结构，是一种能够实现空间电磁波调控的有效手段。已经被广泛地被应用于雷达和通信系统中。具有高透过率的FSS可以被用作天线罩等领域，具有低反射率的FSS可以应用于天线RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面积)减缩等领域。所以设计具有各种不同特性的FSS是微波领域的一个重要研究和发展方向。同时具有强的吸波特性(即低反射率)和强的透波特性(即高透过率)的FSS，即吸波与透波一体化FSS通常被应用于天线罩的设计，近年来吸引了众多学者的关注。
吸波与透波一体化FSS的研究很多。如参考文献一(M.Guo,Q.Chen,Z.Sun,D.Sang,and Y.Fu,"Design of Dual-Band Frequency-Selective Rasorber,"IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,vol.18,pp.841-845,2019.)公开的三个串联LC实现吸波与透波一体化的FSS；参考文献二(M.Guo,Y.Lin,T.Guo,Q.Chen,Y.Zheng,and Y.Fu,"Frequency-selective rasorber with two low insertion loss transmission bands,"International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering,2019-11-24 2019.)公开的采用串联两个不同尺寸的交趾谐振器实现吸波与透波一体化的FSS。此外，还有许多种不同结构的谐振器也被提出用于实现具有吸波与透波一体化的FSS。
发明内容
本发明的目的是提供一款基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，这种FSS的特点是基于简单结构即可实现吸波与透波一体化的特性。
本发明的技术方案是：一款基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，包括周期性设置的FSS单元，每个FSS单元均相同；
每个FSS单元包括三层结构，分别为：第一层(1)、第二层(2)和第三层(3)。
其中，第一层为阻抗表面层(1)，第二层为空气夹层(2)，第三层为带通FSS层(3)。其中，阻抗表面层(1)包括介质板(4)，印制在介质板(4)中心位置的一个缝隙型谐振器(6)，印制在介质板(4)上的四条相同的金属条带(8)，四条金属条带(8)均匀地分布在缝隙型谐振器(6)的四周，并且每条金属条带(8)通过一个电阻(7)与缝隙型谐振器(6)相连接。
第三层即带通FSS层，也称透波层。
本发明具有以下有益效果：本发明公开了一款基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，该结构不仅具有高透过率的透波带，并且在透波带外还可以产生吸波特性，全波仿真实验证明了上述结论。值得强调的是，本发明提出基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS结构简单，设计方便。
附图说明
图1为本发明提供的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS立体结构示意图；
图2为本发明提供的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS的第一层结构示意图；
图3为本发明提供的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS的第三层结构示意图；
图4为本发明提供的吸波与透波一体化FSS反射与传输曲线；
具体实施方式
本具体实施方式公开了一款基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，如图1，包括一个3*3个单元的立体结构示意图。该图是利用CST仿真软件画出的。在实际应用中，本发明提供的FSS的单元数无限定，数目根据需要确定。其中第一层为阻抗表面层(1)，第二层为空气夹层(2)，第三层为带通FSS层(3)。
图2为本发明提供的吸波与透波一体化FSS第一层的结构示意图，其中包括介质板(4)，位于介质板中心印制的缝隙型金属谐振器(6)，四条相同的金属条带(8)；每条金属条带(8)缝隙型金属谐振器(6)通过一个电阻(7)与相连接。其中缝隙型金属谐振器(6)是本发明的核心，是实现高透过率的关键。本发明提供的缝隙型金属谐振器是通过在金属表面蚀刻出缝隙实现；以缝隙型金属谐振器中心为旋转中心，沿某一方向旋转90度之后缝隙与原缝隙重合。图2所示缝隙型金属谐振器，是将正方形的四边对称地切割四个矩形切口后形成的封闭边缘为缝隙。其中电阻(7)和金属条带(8)用于实现透波带外的宽带吸波特性。
图3为本发明提供的吸波与透波一体化FSS的第三层结构示意图，第三层即带通FSS层，也称透波层。该层的结构为公知常识，通常是在覆铜的印制板表面刻蚀出各种形状的缝隙。本具体实施方式的结构为：在覆铜的介质板(5)表面，刻蚀出四个均匀排布的正方形缝隙(9)。此结构主要用于和上层阻抗表面层(1)的通带匹配。介质板(5)与介质板(4)的尺寸、厚度均相同。
本发明涉及组件的尺寸与器件的参数，如介质板(5)的尺寸、缝隙型金属谐振器(6)的缝隙的宽窄和长度，金属条带(8)的宽窄和长度，空气夹层(2)的厚度，电阻(7)的器件参数，均可根据实际情况确定。
图4是进行仿真实验的结果。实验中采用的FSS的参数如下：介质板(4)和介质板(5)均为边长18mm的正方形，第二层的空气夹层(2)的厚度为6.6mm，FSS整体的厚度为7.6mm。介质板(4)和介质板(5)均采用相对介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037，厚度为0.508mm的罗杰斯4350B板材。电阻(7)大小都是156欧姆，金属条带(8)的长度为5.1mm，宽度为1.1mm。缝隙型金属谐振器(6)的边长为5mm，切口宽度为1.1mm，切口深度为1.2mm，缝隙宽度为0.1mm。
进行仿真实验得到上述参数的FSS的反射(S11)系数和传输(S21)系数与频率之间的关系曲线，其中横坐标为频率，左侧纵坐标表示反射系数以及传输系数。反射系数曲线是标记有正方形符号的曲线，表示了FSS的吸波特性，反射系数小于-10dB的频段为:4.83GHz-13.14GHz。传输系数是标记有圆形符号的曲线，表示了FSS的透波特性。从图中可以看出本具体实施方式具有高透过率，透波带的中心频率为8.72GHz，透波损耗仅为0.15dB。对比已经公开的吸波与透波一体化FSS，本发明公开的吸波与透波一体化频率选择表面是基于缝隙型谐振器(6)实现的。该结构在具有吸波特性的同时，透波带的透波损耗仅仅为0.15dB.
下面对本发明的透波机理进行解释：由于该结构中的空气夹层(2)对电磁波几乎没有损耗作用，只是起到将第一层(1)和第三层(3)分隔开来的作用。对于透波带要求第一层和第三层都具有高透过率的透波特性。对于第一层结构，其高透过率特性的实现主要依靠缝隙型谐振器(6)实现。第三层(3)结构，在第一层结构(1)所决定的透波带内，表现出全透过特性；在第一层结构(1)所决定的透波带外，该结构表现的是全反射特性。

Claims (7)

1.基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，包括周期性设置的FSS单元，每个FSS单元均相同，FSS是指频率选择表面；每个FSS单元包括三层结构：第一层、第二层和第三层；第一层为阻抗表面层(1)，第二层为空气夹层(2)，第三层为带通FSS层(3)；
其特征在于，其中，阻抗表面层(1)包括介质板(4)，印制在介质板(4)中心位置的一个缝隙型谐振器(6)，印制在介质板(4)上的四条相同的金属条带(8)，四条金属条带(8)均匀地分布在缝隙型谐振器(6)的四周，并且每条金属条带(8)通过一个电阻(7)与缝隙型谐振器(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，其特征在于，所述缝隙型谐振器(6)具有下述特点：以缝隙型金属谐振器(6)中心为旋转中心，沿某一方向旋转90度之后缝隙与原缝隙重合。
3.根据权利要求2所述的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，其特征在于，所述缝隙型谐振器(6)是将正方形的四边对称地切割四个矩形切口后形成的封闭边缘为缝隙。
4.根据权利要求1所述的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，其特征在于，所述带通FSS层(3)是在在覆铜的介质板(5)表面，刻蚀出四个均匀排布的正方形缝隙(9)。
5.根据权利要求2所述的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，其特征在于，所述带通FSS层(3)是在在覆铜的介质板(5)表面，刻蚀出四个均匀排布的正方形缝隙(9)。
6.根据权利要求3所述的基于缝隙型谐振器的吸波与透波一体化FSS，其特征在于，所述带通FSS层(3)是在在覆铜的介质板(5)表面，刻蚀出四个均匀排布的正方形缝隙(9)。
7.一种天线罩，其特征在于，使用材料为权利要求1、2、3、4、5或6所述的FSS。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112332109A (zh) * 2020-10-22 2021-02-05 西安电子科技大学 一种基于2.5d结构的宽带透波型频率选择吸波体
CN113451781A (zh) * 2021-05-28 2021-09-28 西安电子科技大学 一种超小型化的2.5维吸透一体化频选吸波器
CN114361806A (zh) * 2022-01-11 2022-04-15 西安电子科技大学 一种小型化吸透一体频率选择表面
CN115395240A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 西安电子科技大学 一种透波窗口开关型液态金属atfss装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7639206B2 (en) * 2008-05-05 2009-12-29 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Low-profile frequency selective surface based device and methods of making the same
WO2016106083A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Optical frequency-selective absorber-based infrared detector, methods, and applications
CN108270085A (zh) * 2018-03-05 2018-07-10 南京航空航天大学 吸透一体频率选择表面结构
CN108682952A (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 杭州电子科技大学 双层级联双极化宽带带吸型频率选择表面
CN111048907A (zh) * 2020-01-12 2020-04-21 中国人民解放军国防科技大学 具有超宽透波带的吸波与透波一体化频率选择表面

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7639206B2 (en) * 2008-05-05 2009-12-29 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Low-profile frequency selective surface based device and methods of making the same
WO2016106083A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Optical frequency-selective absorber-based infrared detector, methods, and applications
CN108270085A (zh) * 2018-03-05 2018-07-10 南京航空航天大学 吸透一体频率选择表面结构
CN108682952A (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 杭州电子科技大学 双层级联双极化宽带带吸型频率选择表面
CN111048907A (zh) * 2020-01-12 2020-04-21 中国人民解放军国防科技大学 具有超宽透波带的吸波与透波一体化频率选择表面

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAO HUANG ET AL.: "Absorptive Frequency-Selective Transmission Structure With Square-Loop Hybrid Resonator", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
TINGTING CHEN ET AL.: "A Frequency Selective Rasorber with Switchable Operating Modes", 《2019 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ANTENNAS AND PROPAGATION (ISAP)》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112332109A (zh) * 2020-10-22 2021-02-05 西安电子科技大学 一种基于2.5d结构的宽带透波型频率选择吸波体
CN113451781A (zh) * 2021-05-28 2021-09-28 西安电子科技大学 一种超小型化的2.5维吸透一体化频选吸波器
CN113451781B (zh) * 2021-05-28 2022-07-08 西安电子科技大学 一种超小型化的2.5维吸透一体化频选吸波器
CN114361806A (zh) * 2022-01-11 2022-04-15 西安电子科技大学 一种小型化吸透一体频率选择表面
CN115395240A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 西安电子科技大学 一种透波窗口开关型液态金属atfss装置
CN115395240B (zh) * 2022-08-30 2023-09-01 西安电子科技大学 一种透波窗口开关型液态金属atfss装置

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